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铜箔的发展历史可以追溯至1937年,当时美国的Anaconda公司炼铜厂开始涉足铜箔生产,但那时的铜箔主要用于木层房顶的防水。到了20世纪50年代初,随着印制电路板(PCB)的出现,铜箔业迅速崛起,成为与电子信息产业紧密相连的尖端精密工业。
1955年,美国Yates公司脱离Anaconda公司,成为世界上首家专门生产PCB用电解铜箔的公司。随后,美国Gould公司也进入该领域,与Yates公司平分市场。日本的三井金属公司(Mitsui)于1968年开始引进美国的铜箔制造技术,随后日本的古河电气公司(Frukawa)和日矿公司(Nippon Mining)等也相继涉足该领域,使日本铜箔工业得到了快速发展。
进入21世纪,随着电子信息产业的飞速发展,铜箔的需求量迅速增加。中国作为全球最大的电子信息产业基地之一,铜箔产业也取得了突飞猛进的发展。据统计,1999年全世界PCB用电解铜箔的生产量约为18万吨,其中日本、台湾、中国大陆和韩国是主要生产地。
铜箔添加剂是铜箔生产过程中的重要辅助材料,根据其作用和成分的不同,可以分为以下几类:清洁剂:用于去除铜箔表面的杂质和污染物,提高铜箔的纯度和质量,清洁剂有碱性清洁剂、酸性清洁剂和有机溶剂等。防氧化剂:在铜箔表面形成一层保护膜,有效阻止氧气和湿气的进一步氧化反应,防氧化剂有有机物类和无机物类的化合物,如硫酮类、脲类、羧酸类、硫酸盐类等。表面活性剂:用于改善铜箔的润湿性和涂布性,减少表面张力,提高涂层的均匀性和附着力,表面活性剂有非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂等。化学溶剂:用于调节铜箔表面的化学性质,改善其加工性能和耐蚀性,化学溶剂有酸性溶剂、碱性溶剂、氧化剂和还原剂等。抗氧剂:提高铜箔的耐高温氧化性能,减缓其在高温下的氧化速度,抗氧剂有苯胺类、酮类和醇类等。防腐剂:用于延长铜箔的使用寿命,减少其在储存和使用过程中的腐蚀现象,防腐剂有有机酸类、无机酸类和缓蚀剂等。涂层剂:在铜箔表面形成一层涂层,以改善其抗腐蚀性能、耐磨性和导电性能,涂层剂有树脂类涂层剂、聚合物类涂层剂和金属类涂层剂等。此外,还有其他类型的添加剂,如抗静电剂等,用于减少铜箔表面的静电吸附,提高其处理和加工过程中的稳定性;这些添加剂在铜箔生产中发挥着重要作用,帮助提高铜箔的质量和性能。
PCB铜箔到锂电铜箔的发展可以清晰地分为几个阶段和关键点,起始阶段:PCB(印制电路板)铜箔的发展始于电子产品的普及和集成化趋势。随着电子产品的小型化、集成化需求增加,PCB铜箔作为电路板的重要导电材料,得到了广泛的应用。技术升级:随着电子产品技术的快速发展,PCB铜箔行业也不断进行技术升级。多层板、刚挠结合板、HDI板、IC载板等高端PCB产品的需求量显著增长,推动了电子电路铜箔产品向超薄化、低轮廓度、细微粗化等方向发展。
PCB铜箔到锂电铜箔的转变,市场需求驱动:新能源汽车市场的快速崛起和动力电池的广泛应用,对锂离子电池的能量密度和安全性能提出了更高要求。这促使了铜箔行业从PCB铜箔向锂电铜箔的转变。技术创新:为了满足锂离子电池对铜箔性能的需求,铜箔行业在材料、工艺等方面进行了大量创新。例如,研发了更薄的铜箔以降低电池集流体使用成本、提升电池能量密度;开发了新型添加剂以改善铜箔的性能和质量。
锂电铜箔的发展现状:锂电铜箔作为锂离子电池负极集流体的首选材料,得益于锂离子电池在新能源汽车、消费电子、储能电池等领域的广泛应用,需求量不断增长。新能源汽车市场的扩张和动力电池能量密度提升的需求,推动了锂电铜箔向轻薄化方向发展。目前,规模化生产的最薄铜箔已达到4.5μm,较8μm铜箔能够提升电池能量密度。随着新能源汽车的渗透率持续增长,预计锂电铜箔的需求量将持续增加。未来趋势:预计到2025年,复合铜箔市场空间有望突破更高台阶,表明其未来发展潜力巨大。轻薄化将继续是锂电铜箔的主要发展趋势。更薄的铜箔不仅有助于降低电池集流体使用成本和提升电池整体能量密度,还有助于提高电池的安全性能。研发新型添加剂和改善铜箔制备工艺将是锂电铜箔行业的重要发展方向。这将有助于进一步提高铜箔的性能和质量,满足市场对高性能电池的需求。
锂电铜箔的添加剂在铜箔制备过程中发挥着重要作用,主要包括以下几种类型:促进剂,抑制剂,整平剂;各类添加剂必须组合使用,才能电解出光亮度一致,整平性能和韧性良好的电解铜箔,选用特定化学结构的中间体进行复配成添加剂,合理加入到电解液中,对铜电沉积进行有效控制,获得理化参数合格的电解铜箔。促进剂:在氯离子协助下产生一种去极化或降低过电位的作用,因而加速镀铜的效应,还会影响铜原子的结晶方式,得到更为细腻的铜结晶,镀层变得平滑光亮。抑制剂:在反应中呈现增极化或增加过电位的作用,抑制铜的沉积速度,其协助光亮剂向镀面各处分布,同时还可以降低镀液表面张力,增加其湿润效果。
锂电铜箔的添加剂整平剂:含硫类中间体:聚二硫二丙烷磺酸钠,3-巯基-1-丙磺酸钠,N,N-二甲基-二硫代羰基丙烷磺酸钠,醇硫基丙烷磺酸钠,2-巯基苯并咪唑,乙烯硫脲,四氢噻唑硫酮。胺类中间体:酸铜强光亮走位剂,聚乙烯亚胺烷基盐,聚乙烯亚胺季铵盐。聚醚类中间体:聚乙二醇,酸铜湿润剂,脂肪族胺乙氧基磺酸盐。其他中间体:胶原蛋白,羟乙基纤维素。这些添加剂的选择和使用对于铜箔的性能和质量具有重要影响。随着技术的不断发展和市场的不断变化,新型添加剂的研发和应用将成为推动锂电铜箔行业发展的重要力量。
锂电铜箔在动力电池、储能电池等领域得到了广泛应用。其中,动力电池市场是锂电铜箔应用最大的细分市场。国家出台了一系列政策支持锂电池及其关键材料产业的发展,为锂电铜箔的发展提供了有力保障。市场规模持续扩大,随着新能源汽车市场的持续增长和储能需求的增加,预计锂电铜箔的市场规模将持续扩大。加速技术创新为满足市场对高性能电池的需求,铜箔行业将继续加大研发力度,推动技术创新和产业升级。铜箔行业将更加注重环保和可持续发展,推动绿色生产和循环经济。
综上所述,铜箔的发展方向往新能源锂电,要求铜箔越来越薄,而且还能保持拉伸强度,铜箔防氧化的趋势往无铬钝化发展,武汉格物致新材料有限公司注重研发,推出符合发展趋势的创新产品,能与同行一起推动行业的发展。