探究电解铜箔添加剂的研究现状和发展方向

探究电解铜箔添加剂的研究现状和发展方向

陈建奇

身份证:632124198111303613

摘要：在电子工业领域中，电解铜箔是一种十分常用的导电材料，其优势在于机械性能强且具备较强的耐腐蚀性和导电性，在锂离子电池及PBC电路板等领域中具有广泛的应用。随着工业市场发展，电池续航能力强，体积轻薄化是当前竞争最为激烈的；而PBC电路板也是朝着多层电路板发展；因此传统的电解铜箔厚度、抗拉强度、延伸率等性能已经无法满足需求，所以对于电解铜箔添加剂进行研究是非常必要的。通过应用电解铜箔添加剂，可对电解铜箔的电学、化学以及物理等方面的性能进行有效改善，从而为电子工业发展带来更好的材料。本文首先对电解铜箔添加剂的功能和作用进行分析，从而对电解铜箔添加剂的研究现状进行探讨，最后对于电解铜箔添加剂的未来发展方向进行展望。希望通过本文，能够为电解铜箔添加剂的应用发展提供一些参考和帮助。

关键词：电解铜箔添加剂；研究现状；发展方向

1. 电解铜箔添加剂的功能和作用分析

所谓电解铜箔添加剂，是指在生产电解铜箔的过程中在硫酸铜电解液中加入一定量的物质，促使铜箔的电学、物理以及化学等方面的性能进行改善并得到效提升。具体来看，电解铜箔添加剂的作用主要体现在以下几个方面：首先，电解铜箔添加剂可以提高铜箔的导电性能，包括电导率、电阻率、接触电阻等，这是因为添加剂可以改变铜箔的晶体结构、晶粒尺寸、晶界状态等因素，从而影响铜箔的电学性能。其次，电解铜箔添加剂可以在铜箔表面形成一层保护膜，防止铜箔被氧化、腐蚀和污染，可以提高铜箔的耐腐蚀性能，使其能够在恶劣的环境中长期稳定地工作。第三，电解铜箔添加剂可以改变铜箔的晶体结构，增加铜箔的硬度和强度，使其不易变形和损坏，提高铜箔的抗拉强度、延伸率等，使其能够更好地承受外部压力和拉力。第四，电解铜箔添加剂可以提高铜箔表面的粗糙度、光泽度、翘曲等性能，改变铜箔的折射率和吸收率，使其能够更好地透过或反射光，更好地满足光学器件的要求，改善其光学性能。最后，电解铜箔添加剂可以降低铜箔的熔点和热膨胀系数，使其更容易被加工和成型，改善铜箔的加工性能，使其更易于加工成所需的形状和尺寸，满足客户的需求。

2. 电解铜箔添加剂的研究现状探究

2.1目前各行业使用电解铜箔添加剂种类包括润湿剂、整平剂和光亮剂等，根据客户需要的产品性能，可单独使用，也可通过对三者溶解后按一定比例合理调配后加入硫酸铜电解液中，可有效改善铜层结晶情况，控制晶粒生长，从而降低铜箔厚度，改善铜箔表面性能，得到更薄且力学性能更好的铜箔。

2.1.1润湿剂多为表面活性剂，当前常用润湿剂聚乙二醇（PEG）使用有聚醚类有机物，其作用是在电解过程中促进气泡逸出，降低铜离子的沉积速率，使镀层铜离子更加致密，提升阴极的氧化速度，解决针孔等异常品质缺陷。

2.1.2整平剂多为含氮的胺类有机物，目前常用的整平剂包含胶原蛋白类聚合物 、聚醚类添加剂、胺类添加剂 和纤维素类。其作用是降低铜箔表面的粗糙度，降低铜箔峰谷高低差，使得铜箔电镀平整，在阴极辊上的铜镀层均匀、平整，同时提升抗拉强度和延伸率等机械性能。

2.1.3光亮剂多为含硫基团的化合物，目前主流的光亮剂为聚二硫二丙烷磺酸钠（SPS）及其衍生物等，该物质只有与润湿剂、整平剂混合添加时才能发挥其光亮作用。其作用主要是通过阻碍铜晶粒的单向生长，抑制山丘状或块状铜晶粒生长，实现光泽亮丽。

3.当前存在的问题

3.1虽然近年来典型添加剂对铜电沉积反应影响机理方面已深入到添加剂结构、能量等方面，但很少有文献能将机理与对性能的影响进行有效关联。尤其是添加剂配比和掺量的多少，只能在特定条件下通过不同掺量对铜箔性能的改善程度进行总结得出对应的关系曲线，与机理相关的有效解释模型尚待建立。

3.2已有研究中对添加剂的机理解释存在矛盾，需要更可靠的结果来进行验证。例如MPS的吸附机理，目前有巯基吸附和磺酸基吸附这两种完全不同的模型，但都缺少更直观的实验证明。

3.3缺乏更有效的研究手段和测试设备。目前一般通过电化学测试结果推测并结合分子动力学等计算模拟的方式进行机理研究。缺少直观体现添加剂作用的测试方法，而g/L 级添加剂用量要求的高测试精度和电解过程中电场作用的特殊环境，也对研究手段的发展造成了困难。

3.4目前常见添加剂的两两协同作用机理和模型缺乏实验验证，作用效果也有待更深入的研究，并且需要更有效地与电解铜箔的性能结合。之后的机理研究也需要扩展到三种甚至更多更复杂的添加剂体系中。

3.5添加剂配方的优化及生产化的问题。目前研究中提供的锂离子电池用高性能电解铜箔的添加剂配方种类较多，尽管研究中铜箔毛面粗糙度基本小于1.5µm，力学性能明显高于国家标准，部分抗拉强度甚至大于600MPa，但大部分添加剂种类繁多且成本较高，在实际生产中推广应用是比较困难的。

4.总结与期望：

综上所述，电解铜箔具有良好的力学性能和导电性能，在锂电池和PBC板中广泛应用，为了满足更高性能电解铜箔的要求，使用添加剂是比较有效的手段之一，但当前对铜箔添加剂的材料科学研究是推广应用过程中的瓶颈，其研究现状和发展方向备受行业关注。随着电子工业对高性能、高可靠性和多功能性电子元器件的需求不断增加，电解铜箔添加剂的研究将会更加深入和广泛。未来的发展方向将主要体现在新材料、绿色环保、多功能、精细化研究等方面。然而，电解铜箔生产过程中的添加剂是各生产企业间竞争的核心和机密，很难进行行业内信息共享，从而导致对其研究发展缓慢、单一，阻碍了多元化的发展。其次是对添加剂之间的作用机理研究较少，独立性不强，对外依赖性很高，大多数文献只停留在研究单独组分对于电解铜箔生产的影响，对于添加剂之间的相互作用并没有明确研究。所以今后通过优化、调整添加剂配比来提升铜箔高力学性能和电学性能是重点方向。

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