铜箔在锂离子电池中

锂离子电池的品质深受其关键材料的影响。在正极材料方面，有三元材料、磷酸铁锂等类型；负极材料则涵盖了石墨、石墨与硅氧化物的复合材料等。这些材料需固定于特定的金属箔片之上，其中铜箔是负极材料的支撑基底。

铜箔不仅承载着活性物质，还肩负着电子传导的关键使命。鉴于铜箔密度较高，在助力锂离子电池减轻重量、提升能量密度方面扮演着重要角色。此外，铜箔在覆铜板及印制电路板（PCB）行业应用广泛，且正向着更薄化的方向迈进，以契合电子设备小型化、轻量化的发展潮流。

铜箔的制造

铜箔的制造主要有压延和电解两种工艺。压延铜箔通过轧制和热处理来获取特定厚度与力学性能，但随着材料轻薄化趋势，电解工艺成为生产8微米以下铜箔的首选。电解铜箔生产流程包括将原料铜制成硫酸铜溶液，经电沉积在不锈钢滚筒上形成生箔，再经表面处理制成成品。铜箔厚度由电解过程中的阴极电流密度和滚筒转速决定，与滚筒接触面为光面，另一面为毛面。在锂离子电池生产中，负极材料涂覆在铜箔光面，因此电解铜箔需满足厚度要求，同时具备适当微观结构以确保力学性能。

电解铜箔微观结构与分析

材料的组成和微观结构决定其力学性能。电解铜箔作为高纯度铜产品，无法通过传统强化机制提升力学性能，其强化因素可能包括晶粒尺寸、形变和织构。由于铜箔很薄，形变强化不可行，而通过调整电沉积参数可控制晶粒尺寸和织构类型及其比例。EBSD（电子背散射衍射）技术是分析材料微观结构的有效工具，能量化相关参数并直观展示电解铜箔微观组织。

EBSD电沉积中微观变化

电解铜箔截面的EBSD分析展现了电沉积过程中微观组织变化。从光面到毛面，铜箔晶体形态良好，晶粒形态差异清晰。光面晶粒细小呈等轴状，毛面晶粒逐渐长大呈长条状。


晶界统计显示，大角晶界比例为94.6%，∑3孪晶界比例达56.6%。晶粒尺寸统计受孪晶界计入大角晶界决定影响，从光面到毛面，晶粒尺寸逐渐增加，特殊取向晶粒优先生长呈长条状。

电解铜箔截面上的取向分布图显示晶粒择优生长，光面晶粒取向分散，电沉积过程中平行于厚度方向的<110>晶向成主导晶向，极图和反极图表明存在明显<110>丝织构，织构分布图显示<111>织构比例为8.4%，<110>织构比例逐渐增加，大晶粒几乎全为<110>织构一部分。



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光面与毛面对比

电解铜箔表面EBSD分析显示光面和毛面取向、织构显著差异。光面晶粒细小无明显择优取向，毛面晶粒长大取向单一，显微组织特征包括晶界比例、晶粒尺寸和织构组成比例。电解铜箔形核初期晶粒细小，电沉积过程中晶粒<110>方向优先生长，<110>织构占主导，伴随大量孪晶界形成，但<111>织构未消失，在毛面比例超10%。

应用价值

EBSD技术是分析金属材料显微组织的有效手段，能清晰展示电解铜箔电沉积过程中显微组织演变，量化晶界比例、晶粒尺寸和织构比例演变过程，有助于评估不同电沉积工艺效果差异。随着电解铜箔厚度减小，其显微组织更精细复杂，但EBSD探测器仍能高效表征这类材料，实际测试已证实其有效性。