新能源電動車、5G通信、輕薄化電子產品的技術疊代，對於電信號及電力傳輸的主要媒介------銅箔，有了新的要求，電解銅箔相關產業鏈及國際市場格局也在悄然發生著變化。通過本文帶你一起了解電解銅箔行業及其膠輥發展趨勢。

一、什麼是電解銅箔

電解銅箔(Electrodeposited copper)是覆銅板(CCL)及印制電路板(PCB)、鋰離子電池制造的重要的材料。在當今電子信息產業高速發展中，電解銅箔被稱為電子產品信號與電力傳輸、溝通的“神經網絡”。

銅箔在制作電池的四大材料——正極材料、負極材料、分離膜、電解液中被用於負極材料，是電流流動的核心材料。現在較高生產精度一般為6μm。銅箔是生產鋰電池不可或缺的關鍵材料之一。薄化是高端銅箔發展方向，讓銅箔減薄，可以加大鋰電池續航裏程，是全球新能源電池競爭的核心領域之一。除用於造鋰電池，還廣泛應用於工業用計算器、通訊設備等。

圖一 電子銅箔應用

生產工序共叁道，溶液生箔、表面處理和產品分切。其生產過程看似簡單，卻是集電子、機械、電化學為一體，並 且是對生產環境要求特別嚴格的一個生產過程。

圖二 電子銅箔生產流程

二、電解銅箔產業國內外發展狀況

隨著鋰離了電池朝著高容量化、薄型化、高密度化、高速化方向發展，銅箔也朝著具有超薄、低輪廓（銅箔表血粗糙度為2μm以下）、高強度、高延展性等高品質高性能的方向發展，而其性能與銅箔結構及表面處理密切相關，目前，先進的銅箔生產技術、裝備和銅箔表曲處技術都由美國和日本壟斷。國內雖然在2 0 世紀 9 0年代末相繼起來了一批電解銅箔制造廠商，但與美、日兩國比較還相差甚遠。

高性能銅箔發展方向：

（1）高延展、低輪廓( L P 、V L P ) 的電解銅箔；

（2）環保型塗樹脂銅箔( R c c )；

（3）超薄電解銅箔的制造技術( 3 微米 9 微米)；

（4）高性能的表面處理技術；

（5）陽極塗層DS A的使用與推廣。

銅箔工業是在1937年由美國新澤西州的Anaconda公司煉銅最早生產開啟的，1955年美國Yates公司開始專門生產PCB用的銅箔。電解銅箔的發展可劃分為叁個發展階段：美國銅箔企業的創建，使世界電解鐧箔業起步的階段（1955年一70年代中期〕，日本鉕箔企業高速發展，全面壟斷世界市場的階段0974年一90年代初期），日、美、業洲等銅箔企業多極化爭奪市場的階段（自90年代中期起至現今），日本是世界上最人的銅箔生產國，其次是中國台灣省，從目前國內電解銅箔產業的發展趨勢來看，大陸地區的產能將很快會後來居上。

圖叁 電子銅箔應用

電解銅箔自歐美人發明以來，由日本人將其精細化應用，並不斷向全世界擴張，韓國及台灣地區緊隨其後，並紛紛來中國大陸設廠，福田、長春、南亞等企業。內地企業起步相對較晚，經過多年不停的追趕，現在技術水平已經接近，目前在此技術領域較為領先的有寧德時代、諾德股份、嘉元科技、花園集團、靈寶華鑫等企業。鋰電銅箔在電子產品的應用中隨產品不斷升級越做越薄，由原來的100μm發展到後來的30μm再到10μm、8μm、乃至4.5μm（相信今後隨著技術的發展，電解銅的理想厚度也可以做到日企壓延銅箔3μm的厚度）。為進一步提高鋰電池效率，寧德時代在這一領域率先取得了技術上的突破，提升銅箔的技術性能，將鋰電池銅箔的厚度從8μm減薄到6μm。6μm厚度銅箔在相關標准裏定義為極薄銅箔，之前工藝通常是在其它載上進行真空鍍膜的方式獲得。人的頭發絲厚度為60~90μm，6μm只有頭發絲的十分之一，可以說這樣的銅箔薄如蟬翼，通常采用電解法生產。寧德時代同時成功的解決了負極銅箔電池生產卷繞的難題，為下遊應用的技術上提供了有效保障。

隨後，諾德股份、華鑫等企業技術上先後取得了突破，掌握了6μm電解銅箔的生產技術，深圳嘉元科技現在公布其有生產4.5μm銅的技術能力。2018年國內生產6μm電解銅箔的廠家已經多達6家，相關報道，2018年國內電解銅箔的產能已經達到9萬噸，預計2019年會達到12萬噸，到2020年將達到15萬噸產能。6μm鋰電電解銅箔的利潤空間目前較好，會有越來越多的廠家參與到分切這塊蛋糕。同時，電解銅箔在市場需求刺激下，向5G及FCCL用銅方向發展，並在很多產品裏面替代壓延銅箔。

壓延銅箔與電解銅箔對比：

由於壓延銅箔加工工藝的限制，壓延銅箔的幅寬很難滿足剛性覆銅板的生產要求，所以壓延銅箔在剛性印刷電路板(RPCB)上使用很少。但是由於壓延銅箔屬於片狀結晶組織結構，因此在延伸率、耐折和高溫重結晶等方面要優於電解銅箔，所以壓延銅箔大多用於撓性印制電路板（FPC）上。此外，由於壓延銅箔的致密度較高，表面較為平滑，利於制成印制電路板後的信號快速傳送，因此在高頻電路、精細線路的印制電路板上也使用一些壓延銅箔。傳統的印制電路用電解銅箔屬柱狀結晶組織結構，其延伸率、耐折和高溫重結晶等性能要遜色於壓延銅箔，所以長期以來電解銅箔多用於剛性覆銅板的生產，而壓延銅箔多用於撓性覆銅板。近幾年，隨著電解銅箔生產技術的提高，許多銅箔廠家已經開發出適合於撓性印制電路板、高頻電路板、微細電路用的電解銅箔，這些特殊用途電解銅箔的延伸率和耐折性已經十分接近同規格壓延銅箔，表面粗糙度也控制在特定的范圍，個別品種的撓性印制電路板用電解銅箔也具有一定的高溫重結晶性。由於電解銅箔生產技術的提高和價格方面的優勢，越來越多的撓性印制電路板、高頻電路板和微細電路板生產廠家開始使用電解銅箔代替壓延銅箔。

叁、電解銅箔設備、配件及耗材供應商狀況

電解生箔工序及表面處理工序對產品質量的控制是關鍵。目前國內的生箔機及表面處理設備主要是從日本韓國引進，如日本叁船、韓國pnt等。

生箔機及表面處理設備目前從國產化來看，已經趨於成熟，相關設備商及關鍵配件商如上海佰晟、西安航天機械、洪田機械、思德膠輥、諾慶膠輥等均可以提供相關配套裝置，這些企業同時在國內用戶中取得了大批量的應用，如寧德時代、花園、江東電子、嘉元科技等公司。銅箔生產厚度方面均能滿足6μm厚度產品。同時，國內相關設備商在發展技術的同時，也注重知識產權的保護，多數廠家對自己的先進技術都進行了專利申請。

下面我們對電解銅相關設備及生產工藝原理做簡要介紹。

1. 溶銅原理:
1.1造液

造液〔生成硫酸銅液）,在造液槽中通過對硫和銅料，在加熱條件下的化學反應，並進行多道過濾，生成成硫酸銅液，再用專用泵打入電解液儲槽中。成硫酸銅液，再用專用泉打入電解液儲槽中。
2Cu+O2→2CuO
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O

圖四 溶銅流程

1.2.溶銅罐和儲液罐

在溶銅罐中主要通過控制溶銅罐內反應物的量和反應溫度來控制電解液中的Cu2+和H+的含量，主要手段是按時添樅電解銅板、循環使用電解液、添加濃硫酸、換熱器換熱、自然對流添加空氣等，最終產生銅箔生產所需的電解液。儲液罐是用來暫時存儲溶銅罐流下來的電解液和少量毛箔機回流的部分電解液的，同時也為溶銅提供反應所需的H2S04。在儲液罐和溶銅罐間循環後電解液中H+濃度會降低，而毛箔回流電解液中含有較高濃度的H+從血維持了反應所需的H+濃度，確保反應按設定手藝方向進行。儲液罐的出口與汙液槽相連，電解液通過溢流管流到汙液槽內。

1.3.汙液槽

汙液槽是用來儲存儲液罐溢流過來的電解液和毛箔機列回流的部分電解液及淨液槽溢流過來的電解液的。汙液槽內的溫度是通過板式換熱器來調控的，控制在50℃~60℃。汙液槽基本上是整個溶銅工序中容積最大的部分，它在整個電解液的循環過程中可以起到緩沖的作用，對於保持工藝的持續穩定性起到重要作用。CL-是電解液中的一項重要的添加劑，它可以直接影響到毛箔的性狀，可以避免電鍍過程中電解銅箔表面所產生的針孔現象，及提高鍍層整平性，降低鍍層的內應力。

1.4.大過濾器

大過濾器過濾是應用物理吸附的原理，利用活性炭和矽藻十的孔隙率大，比表面積大，吸附能力強的特點對電解液進行淨化。活性炭過濾器的介質是活性炭，它是由木炭、優質煤或各種果殼等經高溫焙燒和活化制成。活性炭中有很多毛細孔連通，因此比表面積人，據泖試，1克活性炭有500-1000m²的表面積。這些微孔有強烈的吸附作用，能夠吸附、去除水中的色素、有機物、餘氯、膠體和微生物等，從而提高水的透明度、降低濁度等。

矽藻土是古代單細胞矽藻遺骸沉積物，具有質輕、多孔、高強、耐磨、吸附及填充等一列優良性能，同時還具有良好的化學穩定性。其常用於過濾、吸附、填充、載體等方面。

1.5.淨液槽和高位槽

淨液槽內的電解液是經過大過濾器過濾後的較潔淨電解液。為保持工藝的持續穩定性，淨液槽的液位控制在一定范圍，為此淨液槽設有浮力式液面指示器，便於檢查液位。當液位過高時，淨液槽的電解液會溢流回到汙液槽，這就要求淨液槽的液位高度要比汙液槽的高。

高位槽的主要作用是使進入毛箔機的電解液具有穩定的流速（或流量）。流量的人小主要山高位槽和電解槽間的勢能差來決定，同時還可以通過轉子流量計來力日以調節。經泵從淨液槽打入到高位槽的電解液在高位槽內始終保持一定的高度，而多餘的電解液又回流到淨液槽內，經高位槽後的電解液再加入一定量的明膠後流向棉芯過濾器。

1.6.明膠槽和棉芯過濾器

明膠水溶性蛋白質混合物，它山皮膚、韌帶、肌腱中的膠原經酸或堿部分水解或在水中煮沸血產生，無色或微黃透明的脆片或粗粉狀，在35~40℃水中溶脹形成凝膠（含水為自重5~10倍）。在電解液中加入明膠的目的是作為整平劑改善電解銅箔表而的粗糙度。明膠的作用機理是一個抑制作用：在微觀粗糙表面上，穀處擴散層的有效厚度大於峰處，整平劑（分子或離子）進入穀處的擴散速度小於進入峰處的擴散速度，這樣峰處整平劑的濃度人於穀處整平劑濃度，造成峰處對Cu2+放電的抑制作用大於穀處，從而達到了整平效果。

圖五 明膠槽和棉芯過濾器

棉芯過濾器相當於電解液淨化的二級過濾系統。它的過濾動力來自於高位槽與電解槽的位。一般情況下一台毛箔機對應二台棉芯過濾器，這樣便於更換棉芯。棉芯過濾器主要過濾一些機械雜質。

2.生箔制造

生箔機主要由陽極槽體、迸液流量分配裝置、陰極輥驅動裝置、陰極輥導電裝置、陰極輥、“0”形禹循壞裝置邊部密封裝置、輛助陰極裝置、張力控制裝置、清洗裝置、烘幹裝置、收卷裝置酸氣水汽收集罩和防護罩、電氣設備和控制系統等組成。主要用於銅箔毛箔的生產。

生箔機的工作原理：由陰極輥和生箔機組成生箔機組，陽極槽體接電源的正極，陰極輥接電源的負極。當硫酸銅電解液進入陽極槽體後，正負極間形成電場，在電場作用下，銅離子向陰極輥表面遷移並沉積，沉積出來的銅很薄，從陰極輥上剝離並收卷在另外一只輥子上，這樣電解液連續不斷的循環。銅離子在電場作用下源源不斷尚陰極輥沉積，連續剝離並收在收卷軸上。其餘“0”形戔循環裝置、邊部密封裝置、輔助陰極裝置、張力控制裝置、清洗裝置、烘幹裝置、收卷裝置、陰極輥電氣設備和控制系統等均是為了保證銅箔質量要求及連續生產可靠性而設置的必要裝置。

毛箔電解原理:毛箔制造采用硫酸銅水溶液作為電解液，其主要成分為Cu2+、H+及少量的其它金屬離子和OH-、S042-等陰離子。在直流電的作用下，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極，陽極一般采用不溶陽極（鉛銀合金或塗層鈦板等），Cu2+得到2個電子還原成Cu，在陰極輥而上電化結晶，電極反應如下：

Cu2++2e=Cu↓

在陽極上H2O放電後生成氧氣和H+，即：

H2O-2e=2H++O2↑

故整個過程還是一個造酸過程。因為氧氣跑掉了，H+、S042-結合形成硫酸，即：2H++S042-一H2SO4

總的反應為：

CuSO4+H2O=Cu↓+H2SO4+1/2O2↑

銅的電解沉積過程涉及了新相的生成一電結晶步驟。它的形成不是一步完成的，而是由若幹連續步驟來完成的，即：

1）銅的水化離子擴散到陰極表面；

2）水化銅離子，包括失去部分水化膜，使銅離子與電極表面足夠接近，失水的銅離子中主體的價電子能級提高了，使之與陰極上費米能級的電子相近，為電子轉移創造條件；

3）銅離子在陰極放電還原，形成部分失水的吸附原子。這是一種中間態離子，對於Cu2+來說，這一過程由兩個階段組成，第一步是Cu2++e=Cu+，該步驟非常緩慢，第二步是Cu++e=Cu，部分失水並與陰極快速交換電子的銅離子；

4）被還原的吸附離子失去全部水化層，成為液態金屬中的金屬原子；

5）銅原子排列成一定形式的金屬晶體。

3.毛箔機構造

                                                                                    圖六  生箔機結構示意圖

3.1陽極板：

陽極座為不溶性陽極，目前使用的材料，一種為鉛銻合金（或鉛銀合金)，另一種為鈦。而前者隨著使用時間的延長，合金腐蝕越來越多，致使極距不斷增大，槽電壓上升，電耗增加；同時由於腐蝕不很均勻，也影響極距的一致性，從曲使銅箔均勻性亦差。後者由鈦基質和塗層組成。塗層是銥06％和鉭44％混合物，這種陽極耐腐蝕性較好，在一定限度內槽電壓基本不會升高，故生箔厚度均勻性好，但一次性投資較大。即使塗層受損減薄，也可通過重新塗覆得到修複。用鈦表面塗氧化釔等材料作為不溶性陽極的DSA是選擇具有催化活性的釘、鈀等貴金屬氧化物塗覆在基材上成為不溶性陽極。由於表面貴金屬氧化物的電催化作用，使電極界面電場對反應速度的影響十分巨大。隨著電極反應過電位的增加，反應速度可以增大10個數量級。

3.2輔助陰極：為防止電解時陰極輥側面電沉積銅，影響銅箔的生產。為此在電解槽的兩側各設有一個輔助陰極，其材料為銅杆。在銅電沉積的過程中，陰陽極之間的電流並不是均勻分布的，尤其是在陰極輥和陽極輥的邊緣，電力線分布較密集，使鍍層產生“邊緣效應”。為此輔助陰極的作用是在鈦陰極輥兩側吸收邊緣電力線，降低邊緣效應，減少或消除毛刺撕邊等不良現象。在實際生產中輔助陰極並不能完全消除邊緣效應，需在鈦輥邊緣密封橡膠O型圈配合。陰極輥為鋼鈦銅複合輥，是生箔機組的一個部件，箔機組對應裝配一個陰極輥。由輥體、導電環、軸承、PVC擋板及固定鈦螺栓、鏈輪、軸承等組成。

圖七 陰極輥

陰極輥是生箔機中的關鍵部件，也是價格最貴的部件之一。隨著客戶要求的提高與技術的發展，陰極輥直徑山原來的1m、1.5m增到2.2m、2.7m，寬度為1400~1500mm，材料現在多為純鈦陰極輥具有良好的耐腐蝕性，而其表面質量直接影晌到生（原）箔的表面質量和視覺效果，因此輥面粗糙度Ra<0．3μm。陰極輥的二作原理．陰極輥作為電源的負極的導電體，要將電源在陰極輥面分布均勻，這樣銅離子就會均勻地沉和在陰極輥表面，同時陰極輥表面必須按照電解銅箔質量的要求研磨成特定的表面形狀（需用陰極輥磨輥機及陰極輥在線拋光裝置），以確保銅箔的質量。

3.3電子銅箔用表面處理機

表面處理機主要由放卷裝置、張力控制裝置、速度控制裝置、動力系統、導電系統、噴洗幹燥裝置、有機耦聯劑噴淋裝置、放收卷位置調節裝置、液下輥傳動密封裝置、收卷裝置、安全/防護裝置、電氣設備和控制系統、機架及電解水洗槽等組成。工作任務是處理生箔機生產的毛箔，目的是為了提高銅箔的抗剝離強度、抗氧化等性能。電子銅箔用表面處理機需和生箔機組連續工作，不可分割，否則毛箔會被氧化。

工作原理：生箔機生產出來的銅箔稱為原箔或毛箔，並不能滿足下遊生產需要，必須通過在毛箔的表面進行電鍍處理，通過鍍銅、鍍鋅及鍍鉻來提高毛箔的各種性能指標，如抗剝離性能指標，抗氧化性能指標等。

3.4.陰極輥磨輥機和陰極輥在線拋光裝置

銅箔生產一段時間後，陰極輥面會產生一些氧化層及一些細微的不平整，故而需要對這種情況加以處理，通常是采用尼龍刷輥來進行的。一般情況下，銅箔每生產一卷後就對陰極輥面進行一次拋光。當輥面的不平整及氧化層等問題較嚴重時，就需要將陰極輥取出，送到磨輥房加以表面處理。

陰極輥磨輥機主要由基礎框架、軸承座支架、軸承座、主驅動裝置、氣動裝置、冷卻液裝置、接液裝置、控制系統、操作平台、電纜及風管、液管移動支架等組成。陰極輥在線拋光裝置由基礎框架、軸承座支架、軸承座、主驅動裝置、拋光輥驅動裝置、拋光輥擺動裝置、拋光輥調節裝置，拋光輥氣缸壓緊裝置、冷卻清洗水裝置、接液裝置、控制系統、操作平台、電纜及水管、液管移動支架等組成。陰極輥磨輥機和陰極輥在線拋光裝置是生箔機組的配套件，專用於打磨和拋光陰極輥，是銅箔生產線不可缺少的配套設備。

工作原理：陰極輥在生產銅箔過程中，輥面因受電流及電解液的作用，表面會附著一些金屬顆粒而變粗糙，為保證銅箔的質量，需要對陰極輥表面進行打磨和拋光，先用陰極輥磨輥機將陰極輥表面磨平，再用陰極輥在線拋光裝置對陰極輥表面拋光。

3.5.擠水輥

擠水輥的作用主要就是將毛箔上的“水”擠掉，其輥面的平整性及柔軟性對毛箔的毛面的性質有一定的影響，當擠水輥不平整時，會造成銅箔的刮傷等情況，同時“水”為擠十淨又會增加烘十所需的溫度，增加電能消耗。現在車間常用的擠水輥為橡膠型。當擠水輥變得柔軟且具有吸水性後，它不僅可以降低烘幹銅箔表面水分時所需的溫度，還可以保護銅箔的毛面不受“傷害”。

4.後處理工藝，

後處理工藝主要分為酸洗、強粗化、固化、弱粗化、水洗、鍍鋅、鍍鉻、烘幹等工序組成。具體相關情況不本文不作詳細介紹。

圖八 後處理設備及工藝流程

四、電解銅箔膠輥應用

高精密的電解銅箔，從溶銅到生箔到後面的表面處理再到分切，會經曆眾多工序，如有一個環節出問題，將會對成品質量造成重大的影響。在銅成型後整個物料的輸送過程中，主要是以輥子來完成的，其中膠輥體的作用在電解銅箔生產中尤為重要。電解銅箔主要膠輥有液下膠輥、輸送膠輥、分切膠輥、抗皺膠輥、粘塵膠輥等。

生產過程中，液下輥的質量尤其受到生產技術人員的關注，液下輥不僅要有良好的耐酸堿等溶劑功能外，膠面硬度及真圓度等機械參數以尤為重要，液下輥應用於鋰電銅箔生箔機、銅箔後處理機防氧化槽過輥。銅箔在溶液處理過程中，液下輥啟到了銅箔的浸沒固定及轉向作用，在酸性液體中，對輥體的耐酸性能要求較高，思德諾慶液下輥，采用耐酸的316L及特種耐酸橡膠，能夠達到超強的耐酸性能。同時液下輥的表面硬度可達到Shore D80以上，表面光潔度可以處理至Ra0.2μm等級，達到了耐磨與抗劃傷功效，有效保障銅箔處理過程中的表面劃傷率。

其它如分切輥壓輥、“W”型抗皺輥等輥體在此就不一一介紹，詳情可以參見相關膠輥廠家的資料介紹。特別是針對“W”型抗皺膠輥，不光在電解銅箔的生箔及表面處理收卷分切使用到，在下遊電池產品等電子產品的生產環節也會涉及，如後續電池極片的塗布、分切、收卷等。

輥體槽型為45°彈性螺旋橡膠槽，以中心向兩邊呈W螺旋形狀螺旋延伸。工作時以防止材料起皺。非常適合電子銅箔、塑料膜、相對較厚的紙張、無紡布等材料。

圖九 “W”型抗皺膠輥抗皺原理圖

這類“W”型抗皺膠輥是考驗生產商對槽形開設能力、對抗靜電、導電、低表面能技術及綜合機械加工能力的檢驗。目前國內市場上較少企業能夠滿足生產需求。思德諾慶高效抗皺輥（又叫開幅輥、展平輥），采用輥面開設特種槽型、采用在輥面開設不同形狀的槽型、多層橡膠疊加組合等方案，尤其適用於薄膜、金屬箔材等材料生產過程中的低張力抗皺需求。由於膠輥表面是平整的，因此可以像常規的弧形展平輥一樣工作，當材料接觸輥面時，材料微小的力連續施加在槽形邊緣上，具有防止皺紋的作用。

其特點在於：

1.生產材料的壓力會使橡膠凹槽向外傾斜，以防止起皺發生；

2.材料與輥面有足夠的接觸面積，防止材料打滑及形變；

3.紙屑等灰塵很容易排放到凹槽中，並有助於散熱。

根據生產材料工藝需求的速度和張力等條件選擇不同的橡膠品類、硬度、槽型等參數。還可以通過選擇導電橡膠可以同時去除靜電。

圖十 高效抗皺輥一般生產工藝參考

高效抗皺膠輥，會根據不同的生產需求采用不同的技術方案組合，本文不詳解，具體可以與專業膠輥生產廠家進行溝通。

表一 銅箔生產線常見膠輥

電解銅箔除在未來的動力電池、電路板方面應用外，還會在5G高頻領域開辟更多的應用空間。電子產品輕薄化方向來看，電解銅箔發展空間業內看好，對於動力電池方向，相關協會認為未來5-10年，氫燃料電池不會成規模替代動力電池，是電解銅發展的鼎盛時期。但國內企業發展沒有整體的戰略規劃，都一窩蜂的上電解銅箔項目，目前來看，產能已經有過剩跡象，是否電解銅箔會成為下一個鋰電隔膜，很多銅箔從業人員充滿擔憂。但不論怎樣，電解銅在近兩年迅速發展下，國內企業充分吸收了國外先進生箔及後處理技術，先後出了相關設備產業鏈企業，如生箔機、後處理機、分切機、銅箔用膠輥等都可以實現國產化。