電解銅箔用陰極輥的研究進展及發展趨勢

任利娜，侯智敏，牛靖，張建勛

（1.西安交通大學金屬 材料強度國家重點實驗室，西安 710049；2.西北有色金屬研究院a.西部鈦業有限責任公司；b.西安泰金工業電化學技術有限公司，西安 710200）

電解銅箔是覆銅板、印制電路板及鋰離子電池等電子產品制造的基礎材料之一[1—2]。隨著下游產業領域科技的高速發展，對上游的電解銅箔需求逐年增加，尤其是對銅箔的品質和質量的要求也越來越高[3]。電解法生產銅箔是近些年發展起來的一種高效銅箔生產方法[4—5]。隨著我國電解銅箔產業的迅速發展，生產銅箔用的關鍵設備——陰極輥的需求量也在逐年大幅度增長，特別是電解效率較高的大規模鈦陰極輥的需求量也在逐年攀升[6]。文中從電解銅箔的發展概況、設備的研究現狀及生產進程等方面進行回顧和綜述，重點介紹了目前我國陰極輥的發展現狀、生產制造方法、現場使用情況及未來發展方向。

1 銅箔工業的發展歷程

根據銅箔的生產方法不同，一般可將其分為壓延銅箔與電解銅箔兩大類[7]。其中電解銅箔的生產原理是通過電解專用設備，使電解槽中硫酸銅溶液電離析出銅離子沉積在輥筒形陰極表面[8]。該項技術于1937年由美國人率先發明，其最大的特點是使用勻速緩慢旋轉的輥式陰極連續生產出一定寬幅的電解銅箔[9]，這種高效率、相對低成本的輥式連續生產電解銅箔的技術一直沿用至今。電解銅箔95%以上用于印制電路板基材的制造，所以也將其稱為電子元器件的神經網絡[10]。20 世紀40 年代后期，隨著晶體管的研制成功，電解銅箔的厚度從0.15 mm 減薄至0.105，0.07，0.05，0.035 mm，直至20 世紀60 年代，為了滿足印刷電路板對銅箔的革新要求，其厚度又降至12～18 μm，甚至以下。

1.1 國外電解銅箔工業的發展歷程及現狀

美國曾經是電解銅箔的發源地，但是從20 世紀80 年代后期開始，日本在美國先進設備基礎上，根據銅箔生產的具體要求，不斷改進生產設備及銅箔工藝，逐漸取代了美國在電解銅箔領域的世界霸主地位。截至2014 年，日本連續多年一直都是世界銅箔產量最大的國家，東南亞地區（中國大陸、中國臺灣、馬來西亞，但不包括日本）次之，再次之才是歐洲與美國[11]。而且在世界范圍內，生產規模與生產技術居前的銅箔生產公司幾乎都是日本公司或者由日資控股的美國公司，分別是三井金屬礦業株式會社、日本能源（原日礦Nikko Goukl）、古河電工）（Furukuwa）、日本福田金屬箔粉工業公司（Fukuda）。從設備的生產能力和銅箔生產工藝技術水平上講，日本在20 世紀90 年代初期的單臺陰極輥生產能力相當于4000 噸/年的大型電解銅箔生產工廠[12]。時至今日，國內很多電解銅箔廠家依然很難實現這樣的生產能力。就需求量而言，近20 年來，由于我國PCB 工業化生產的迅猛發展，引發了覆銅箔基板材料（CCL）需求的大幅度攀升，在此輻射效應影響下，東南亞地區曾經一度成為世界上PCB 用銅箔需求量最高的地區。從電解銅箔品種劃分上來看，印刷電路板需求量最大的是厚度規格為18 μm 與35 μm 的銅箔產品，但隨著電子工業和多層印刷電路板技術的發展，更薄的銅箔（≤12 μm 以下）需求量近年來迅猛增加，尤其是2018 年以來國內環保新能源汽車的大力度推廣應用，鋰電高檔電解銅箔出現了前所未有的供不應求的局面，并且還會隨著環保可持續發展理念在產品開發中的深入，需求量將會呈持續增長狀態[13]。就銅箔的生產技術水平而言，美國率先掌握了尖端研發技術并持續保持優勢，但是日本在該領域后來居上的迅猛發展態勢使其壟斷了銅箔生產的先進工藝技術。尖端銅箔產品的研究開發能力以美國最強，如Gould 及Yates公司都有相當一批研究開發人員，但是由于美國的銅箔企業直接或者間接被日本公司所控制，所以在很長一段時間內，日本公司在銅箔的批量化生產、現場智能化生產及整體工藝技術水平等方面都有相當的優勢。就銅箔產品的發展方向而言，隨著電子產品的微/小型化、多功能化以及SMT（表面組裝工藝）的迅速發展，作為與印刷電路技術發展相適應的重要原材料，電解銅箔近年來一直沿著“薄箔化、M 面低粗化、性能多樣化”的方向發展[14]。

1.2 我國電解銅箔工業的發展現狀

我國電解銅箔產業起步較晚，可以追溯到1963年初，電子工業部與冶金部申請試制電解銅箔[15]。我國電解銅箔生產技術的實質性發展相對還要更加滯后，是伴隨著20 世紀90 年代電子產業的發展而進行的。經過50 多年的不懈努力，我國目前不僅能夠生產出技術成熟、質量較為穩定的≤12 μm 的高檔電解銅箔以及6～8 μm 的特殊鋰電銅箔[16]，而且也嘗試研發試制了≤6 μm 的超薄銅箔，并且與國外的差距也在逐漸縮小，銅箔的質量和新品種在不斷滿足應用領域技術需求和進步的基礎上在穩步提高和持續開發[17]。

20 世紀90 年代中后期，我國電解銅箔企業加強了與國外銅箔企業的交流與合作，使電解銅箔在產量規模迅速擴大的同時，技術水平和品種、質量也有了顯著提高，目前國內大部分企業均能生產18 μm 以下銅箔并大規模進入了國際市場，而且12 μm 鋰電池用電解銅箔等特殊性能銅箔也成功開發投入市場[18]。

在2015 年的全球電解銅箔產量排名中，我國的“安徽銅冠、諾德股份以及靈寶華鑫銅”三家銅箔企業第一次躋身于全球銅箔生產十強之列[19]，這對我國電解銅箔行業有著里程碑式的意義。即便如此，從電解銅箔領域的總體而言，我國電解銅箔企業在生產技術、研發創新及應用等方面與國際先進水平還存在一定差距，主要表現在：①銅箔品種單一，我國大部分銅箔企業目前還是只能從事技術含量較低的常規電解銅箔產品的生產，高附加值、高技術含量產品還處于實驗室生產或者小批量試制階段，無法進行大批量生產；② 產品質量一致性不高，電解銅箔屬于技術密集型產品，我國銅箔企業受工藝分工控制、設備水平精度等因素的影響，目前產品的綜合質量控制檔次只能處于中低檔水平；③研發能力較低，新型電解銅箔的研發只能在實驗室進行，所以研發進度受實驗機器設備的精度、化學工藝參數的摸索以及前沿應用領域的開拓等諸多因素的制約和影響，因此目前國內只有少數創新型銅箔企業才會進行模仿性新產品開發和驗證，鮮有中國企業在全球首先推出某領域的電解銅箔新品種；④ 開發投入不足，電解銅箔是技術密集型產品，常規的開發投入難以滿足新產品、新工藝的研發試制需求，長此以往的結果就是我國的電解銅箔生產企業很難跟上國外同行的發展步伐，進而使企業缺乏新產品發展的后勁；⑤ 國內裝備配套生產能力有待進一步[20]提高，高檔電解銅箔成套設備的生產制造涉及到精密加工、機械自動化、化學、電化學、材料學等學科的交叉應用，國內電解銅箔設備制造企業很難綜合這些學科的成就。近年來由于國家新能源的加速發展，帶動了我國電子銅箔行業的突飛猛進。以2017 年中國的電子銅箔行業經濟運作的特點最為突出，可以概括為電解銅箔“有史以來效益最好的一年，也是投資新上項目最多的一年”[21]。隨后的2018—2019 年，我國的電子銅箔行業就呈現出了“銅箔生產企業利潤空間下降，中低檔銅箔產品的同質化競爭將日趨激烈、高端電解銅箔產品又嚴重供不應求”的尷尬局面。

2 陰極輥的研究及生產現狀

陰極輥作為電解銅箔成套設備的核心及關鍵部件，其質量決定著銅箔的檔次和品質，被稱為電解銅箔生產的心臟[22]。銅離子電沉積在其輥筒式陰極表面而生成電解銅箔，同時輥筒連續旋轉做圓周運動，使銅箔能夠在其上連續不斷生成，連續不斷剝離，最終卷制箔材。這種連續制造銅箔的思路源于1922 年美國人Edison 對電解鎳箔設備的應用。經過10 多年的發展，美國新澤西州的Perth Amboy 的Anaconde 公司將其發展成為連續生產電解銅箔[23]裝置，如圖1所示。到20 世紀60 年代末，日本古川株式會社根據電子行業銅箔的應用需求，在此基礎上開展了對陰極輥的深入研究和開發試制工作，在20 世紀七八十年代，據報道，日本擁有的單臺陰極輥生產能力相當于4000 噸/年大型電解銅箔廠，直徑可達3 m 以上，槽電流高達100 kA[6]，這種高效率的生產能力在當時世界范圍內是首屈一指的。隨著近些年電子技術飛速發展，銅箔需求量驟增，進而促成陰極輥逐步實現產業化和規?；痆7]。

圖1 電解法連續制造銅箔設備簡圖[6]Fig.1 Schematic of the equipment for electrolytic continuous production of copper foil

2.1 陰極輥的分類及發展變遷

隨著市場對銅箔種類和需求量的增多，生箔機的主要部件——陰極輥的發展也經歷了一系列的變化。首先，外部輥面材料的選擇從最初的特制不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）發展到今天的工業純鈦（TA1）材料；其次，幾何形狀從最初的“板狀（利于拋光、易于加工、導電均勻）”更替為現在的“輥筒狀（實現自動化連續生產）”[4]；另外，結構上也從原來的單層（不銹鋼或鈦）輥發展到今天的鈦-銀-銅-鋼復合輥[15]；截至目前，外層輥面筒體的成形方式也從最初的板材卷焊制作，發展至今日的“旋壓（無縫）、焊接（有縫）、環軋（一體）”等多種更為靈活的制作方法。目前，限于裝備生產能力和技術方面的原因，直徑大于Φ2700 mm 的鈦陰極輥我國暫時還無法生產，只能依賴進口[24—25]。近幾年來，隨著銅箔市場的復蘇，出于對設備交付周期及壽命的考慮，大規格焊接陰極輥技術研發暫處于停滯狀態，與此同時，旋壓無縫陰極輥技術因其符合時代發展的綜合要求得到了長足的發展：2018 年初，我國自主研發的Φ2700 mm 旋壓陰極輥試制成功，運行良好[26]，這標志著我國的電解銅箔生產效率再創新高。截至目前，Φ2700 mm 復合陰極輥是國內生產的最大陰極輥，其特點是結構簡單、相對重量較輕、導電均勻、生產效率更高，但其制造周期及工序較長，價格昂貴，依然存在一定的技術難度和提升空間。

2.2 陰極輥的規格與結構

陰極輥屬于特殊的非標產品，同一條生產線上的陰極輥必須有非常嚴格的互換性，所以其制作過程可借鑒標準件的流程和方法。又因為每條生產線上都會多備一臺輥子作為任何一臺陽極槽的備用設備，因此陰極的分類首先可根據陽極槽的規格大致可作如下分類：直徑分別為Φ500,Φ1000,Φ1500,Φ2000,Φ2338,Φ2500,Φ2700 mm；按其工作輥面寬幅分，有500,700,1150,1380,1400,1420,2500 mm（美國固爾得公司）；按照表面材質可分為，單金屬輥筒陰極輥、復合陰極輥，即黃銅-銀-不銹鋼表面鍍鉻陰極輥，銅-銀-不銹鋼表面鍍鉻陰極輥，銅-銀-鈦復合輥。輥軸長度大致為1500～4000 mm、導電能力為40～50 kA，極間距為5～12 mm[15,27]。目前常用的陰極輥的基本結構如圖2 所示。

圖2 鈦陰極輥結構示意圖[15]Fig.2 Diagram of titanium cathode drum structure

2.3 陰極輥的工作原理及技術關鍵

電解銅箔的生成實質是銅離子在陰極輥表面的電沉積結晶結果，是一個與電流分布密度相關的復雜過程，包括銅離子擴散至陰極表面、銅離子在陰極放電還原成為銅金屬原子、銅原子在陰極上排列成一定形狀的金屬晶體[28]，從凝固學的角度解釋，即形核與長大的過程。所以想要得到厚度均勻的銅箔就必須保證銅離子能夠在陰極上均勻沉積，即電流在輥面的均勻分布至關重要。實現這一技術關鍵的唯一途徑就是保證陰極輥輥面材料的微觀組織均勻細小。

2.3.1 陰極輥的工作原理

陰極輥的導電途徑是[29—30]：電流從整流器部件的正極到陽極，從陽極經過電解液到陰極鈦筒表面，從鈦筒經銀層到銅襯套，從銅襯套通過導電銅環到軸上的銅排，再從銅排到鍍銀銅頭，從銅頭經過導電液到整流器負極的導電銅排，完成電流的回路循環，因此電流在陰極輥表面的平穩均勻分布是銅箔能夠正常生產的前提。陰極輥的導電可分為兩步：首先是保證有足夠的電流導向陰極輥的鈦筒上，其次是確保電流在鈦筒表面的均勻分布。

根據法拉第電解定律可知[15]：電流通過電解質溶液，在陰極輥上析出的物質的量m與通過的電量成正比，即：

式中：m為陰極輥上析出的物質的量（g）；C為電化當量（g/Ah）；Q為通過的電量（Ah）；I為電流（A）；t為通電時間（h）。

所以，通過陰極輥的電量為：

式中：JK為陰極電流密度（A/m2）；S為陰極輥輥面浸入液體的面積（m2）。若不考慮電流效率，即設通過的電量全部用于沉積銅，則：

m=CQ=CJKSt(3)

當m單位為g 時，電化當量C的單位為g/Ah，而時間的單位則為h。

在銅箔行業，厚度δ是重要參數，因此：

m=Sδρ(4)

式中：S為陰極輥的浸入面積（m2）；δ為銅箔厚度（mm）；ρ為銅的密度（kg/m3）。

將上式整理可得：

δ=CJKt/ρ(5)

令單位時間內鍍層的平均厚度為鍍速，用τ表示：

τ=CJK/ρ(6)

式（5）表明，只要保證穩定的電流密度JK就可以生產出一定厚度的銅箔；式（6）表明，增大電流密度JK可以提高銅箔的生產率。這就是陰極輥電解銅箔的工作原理。

2.3.2 陰極輥的導電分析

電解銅箔生產過程其實是高速鍍銅的一種特殊工藝方法，銅箔生產工藝發展很快，國內銅箔電流密度JK=7000～8000A/m2，國外包括美國、日本以及中國臺灣地區在生產中電流密度JK=10000A/m2以上。

圖3 鈦陰極輥導電結構示意圖[20]Fig.3 Diagram of conductive structure of titanium cathode drum

圖4 等效導電結構[20]Fig.4 Diagram of equivalent conductive structure

在電氣設計規范中，導體的極限溫度為70 ℃，這個溫度是從經濟合理性規定的。在陰極輥導電中70 ℃是絕對不允許的，電解液的工作溫度一般應控制在40～45 ℃，作為生箔機的主要部件，其極限溫度必須低于40 ℃。由電氣設計規范可知，銅的平均電流密度JK平≤8000 A/m2，通過對美國、日本陰極輥的比較得知：美國的銅材平均電流密度JK平≤6000 A/m2，日本則JK平≤9000 A/m2，根據我國材料狀況，取銅材的平均電流密度JK平≤7000 A/m2作為陰極輥導電設計準則。

2.3.3 陰極輥的技術關鍵

陰極輥是電解銅箔之母，原因在于銅箔是銅離子在鈦筒表面沉積而成，是在陰極輥表面金屬晶體結晶形式的延續，銅離子電沉積在鈦晶格上，并由此為形核點，形核生長成銅晶體，長到一定厚度成為宏觀上的箔材，因而，陰極輥表面鈦筒宏觀上的光潔、均勻、平整等因素以及微觀上鈦層的晶格大小、形狀排列不同，電化學性質、電極電位和超電壓也不同，表現出與電解液中雜質和添加劑之間的電化學行為也就有所差異。

鈦輥表面的晶體結構決定著電解銅箔的結晶狀態。陰極輥鈦層表面粗糙度高，晶粒細小，電解沉積的銅層就容易形成晶粒細小、超薄韌性的箔材，反之，銅箔結晶粗大，成箔就比較厚[15,21]，如圖5 所示。所以要求鈦筒的微觀晶粒細微、幾何尺寸均勻一致，大小相當，排列一致[31]，如圖6 所示。

圖5 陰極輥表面晶粒度等級對比[15,22]Fig.5 Comparison of surface grain size oncathode drum

圖6 國產陰極輥表面鈦筒金相晶粒[23]Fig.6 Metallographic grains of titanium cylinder on the surface of domestic cathode drum

金屬的表面狀態決定了其電化學行為，電位是金屬表面狀態的反應。陰極輥在電解制造銅箔過程中，陰極表面受到的電化學腐蝕過程始終是動態變化的，尤其是液溫偏高，電流密度偏大，工藝酸高、銅離子濃度偏低或循環量不足時，陰極表面腐蝕明顯加快。此刻，鈦筒表面鈍化膜較薄時電位較負，鈍化膜較厚時電位較正。陰極輥筒表面鈍化膜厚薄不一致，導致了電流在鈦筒表面不能均勻分布。同時，鈍化膜厚薄不一致，加劇了銅箔光面的粗糙度差異，影響銅箔基體組織結構和毛面的粗糙度。當陰極輥表面腐蝕層增厚到一定程度時，陰極輥表面就會發烏，不光亮，此時就要停機修磨。國產陰極輥生產高檔銅箔較難，除去電化學工藝方面的因素，最大的瓶頸就是陰極輥表面晶粒不夠細膩、幾何形狀大小存在不一致，造成銅箔毛面的粗糙面凹凸非常不均勻[32]。所以如何得到表面晶粒度等級較高、微觀組織細膩、晶體尺寸一致的鈦筒成為陰極輥的關鍵技術。

隨著近幾年來材料科學工作者的不懈努力，我國生產的最好的陰極輥，晶粒度可達到9—10 級[33]，但是大部分生產企業仍然停留在7—8 級的制造水平，同比前些年6—7 級的晶粒度普遍水平，還是取得了非常大的進步，但是與國外可以制造12 級以上鈦筒的生產水平相比，我國在陰極輥鈦筒的精密制造方面還存在一定的差距[34]。

2.4 陰極輥表面鈦筒的制造工藝

陰極輥在電解制造銅箔過程中，受到電化學腐蝕，尤其是液溫偏高、電流密度偏大等條件下，陰極輥腐蝕加快。電解制造銅箔過程中，工藝參數確定之后，輥面質量就成為影響銅箔質量的主要因素，因此選擇合適的原材料及最優的生產加工工藝就顯得尤為重要。

2.4.1 陰極輥母材材料的選擇

鈦和氧有極高的親和力，形成一層薄而堅固的氧化物保護膜，可以使其在很多強腐蝕介質中呈鈍化狀態，具有優異的耐腐蝕性。鈦的抗腐蝕能力比常用的不銹鋼高15 倍，使用壽命比不銹鋼長10 倍以上，因此采用工業純鈦作為電解銅箔陰極輥筒是最理想的選擇[35]。

在工業純鈦中，TA2 耐蝕性能和綜合力學性能適中，使用得最為廣泛；TA3 適用于耐磨性和強度要求較高時；而對成形性能要求較高時，采用TA1或TA0。作為電解銅箔陰極輥表面筒套的材料，其直徑從Φ1000,Φ1500,Φ2000,Φ2500,Φ2700 mm 要經過一系列的塑性加工變形過程，因此所選材料必須易于成形且兼具耐腐蝕特性，在此基礎上還要控制成本，因此工業純鈦TA1 是制作陰極輥表面的最佳材料。

2.4.2 陰極輥表面鈦筒的生產加工方法

目前，陰極輥表面鈦筒套的制造主要有旋壓和焊接兩種成形制造工藝。其中經過旋壓工藝制造的無縫鈦陰極輥具有表面晶粒度均勻，生產的銅箔無亮帶、色差等缺陷，容易加工等優點[4,36]。鈦筒環坯在旋壓前要經過“海綿鈦真空熔煉-分錠-沖孔-擴孔-軋環-旋壓”等工藝步驟，工序較為復雜，材料利用率低（成品率低），更為重要的是旋壓成形本身加工費昂貴，且制造大規格直徑筒套的旋壓設備及模具更是費用過高，諸多原因令很多企業不得不止步于此項研究和生產。與此同時，焊接陰極輥具有成本較低、生產效率高、鈦筒套制造不受直徑影響等優點，但由于在該工藝的生產制造過程中陰極輥表面存在一條縱焊縫，如果焊接及后期的處理過程控制不好，會使得（銅）箔材相應位置也存在一條光斑或亮帶，嚴重影響和制約銅箔的高品質及高效率生產[37—38]，相應也存在制造過程中焊縫區域材料性能較難控制等缺點。目前，在實際生產中，焊接陰極輥由于在結構及導電性方面均能滿足“大電流輸入、導電性均勻”等高效生產電解銅箔的要求，同時，隨著人們對成本和生產效率的不斷重視，焊接成形工藝漸漸受到前所未有的重視，并將最終成為鈦陰極輥的主流制造方式，尤其是在大直徑鈦陰極輥制造中，往往必須采用焊接制造方式。目前，國外以日本為代表的焊接鈦陰極輥通過焊縫晶粒細化技術，成功解決了焊接鈦筒出現的“色差、亮斑”等問題[39]。國內以西北工業大學、寶鈦集團及西北有色金屬研究院為代表的單位都做過類似的細化晶粒及均勻化鈦筒表面的研究[24—25]，尤其是西北有色金屬研究院[31]，已將焊縫陰極輥的研制結果成功通過中試應用在產品上，解決了較小規格尺寸陰極輥焊接鈦筒的焊縫問題，如圖7 所示?？梢钥闯龊附訁^域和基材得到的微觀組織基本一致，晶粒細致、排列也更有序，而過渡區與前兩者也只存在略微的差別，晶粒度等級相差僅半級，這在工業工程生產上屬于允許偏差范圍，結果較為理想。

圖7 基材、過渡區、焊縫區均晶化組織形貌Fig.7 Uniform crystallization microstructure of substrate,transition zone and weld zone

近年來，隨著科技和工業的發展及人們對質量第一意識、成本控制觀念的逐漸深入，傳統的加工方法已經不能完全滿足銅箔領域對高質量、高性能、高精度環件的要求，鍛-軋結合的新型“環軋”技術正是在此摸索中應運而生。鍛造作為金屬材料塑性成形的一種重要方法一直被沿用至今，因為良好的鍛造工藝確實可有效改善其微觀組織形貌和力學性能的要求[40]。但是隨著環鍛件的尺寸不斷增加，鍛件內部冶金缺陷問題尤為突出，鍛造不僅是一個成形的過程，更重要的是能夠在一定程度上去除和消除金屬內部冶金缺陷，改善內部組織，最終獲得滿足特殊領域微觀組織要求的材料基體。環件軋制通常是在環坯料成形之后，借助碾環機對環件局部產生連續的塑性變形，實現環件直徑擴大、壁厚減小而達到要求的成形過程[41—42]，因此對鈦環軋制的研究有利于控制和改善鈦環的生產質量，進而提高沉積銅箔的整體品質。目前西北有色金屬研究院已經嘗試用環軋一體成形的方式成功試制了直徑為Ф1000 mm 的銅箔試驗機用陰極輥，在中試及產業化過程中應用良好，如圖8a 所示，環軋一體成形所得到的鈦筒表面微觀組織更加致密細膩，晶粒尺寸均勻一致，符合試驗機的嚴苛要求，對比圖8b 所示的生產線所用的Ф2000 mm 旋壓陰極輥鈦筒表面，微觀組織更加細密，具有更加優越的表面性能。但是目前由于設備能力及研發配套等綜合因素，環軋一體成形鈦筒還處于小批量小規格陰極輥中試階段。但是通過對比可以看出，此項技術的深入研究甚至有望取代旋壓成為直接生產鈦筒的關鍵工藝技術。同時對于目前最新開發的Ф2700 mm 陰極輥涉及的傳統鈦環坯問題以及后續開發更大規格的“大直徑、薄壁、高筒”旋壓鈦筒的制作方法提供了“鍛-軋”結合的環軋制造鈦環胚料工藝方案，使得“高質量、高效率、低成本”的陰極輥工業化生產成為可能。

圖8 不同加工方法制作TA1 鈦筒微觀組織形貌對比Fig.8 Comparison of microstructure and morphology of TA1 titanium tube fabricated by different processing methods

3 展望

近年來由于國家能源汽車的大力發展，拉動了鋰電銅箔的需求量以及電子產品科技的迅速發展，這無疑給電解銅箔行業帶來了幾十年來前所未有發展的大好時機。但是除卻電化學工藝方面依據存在的問題，設備制造方面也是不容忽視的重要方面，這就要求我們對國產銅箔設備制造水平，尤其是關鍵設備——陰極輥的結構設計、導電能力、鈦筒綜合性能以及智能節能制造等方面都要投入更加深入的技術研發力量，以期待國產電解成套設備綜合水平有較大的提升。目前直徑為Φ2700 mm 的旋壓無縫鈦陰極輥是我國能夠生產的最大規格陰極輥，也必將成為未來幾年內國產陰極輥的主流制造方式，但在生產和使用過程中還或多或少存在“導電不均勻、輥面花斑、暗紋”等問題，同時依然存在“制造周期長、旋壓設備投資大”等風險和弊端，因此穩定和進一步提高“Φ2700 mm 旋壓無縫鈦陰極輥制造工藝技術”是近期的目標和亟待解決的問題。而未來陰極輥的發展方向必定朝著“大規格（直徑≥2700 mm）高效率、大電流導電均、薄壁超耐磨、輕量化”，甚至“無尺寸限制、節約成本”的焊接制造方向發展。

4 結語

隨著我國電解銅箔產業近年來的迅速發展以及后續國家在新能源方面的新政策落地執行，電解銅箔的需求量及質量必將會朝著更多更好的方面發展，那么陰極輥設備的制造周期及質量也就必須朝著非標件的標準化生產方向發展，以滿足陰極輥的需求量也在逐年大幅度增長，特別是電解效率高的大規模鈦陰極輥的需求量也在逐年攀升的要求。我國電解銅箔業雖然起步較晚，但是相對的起點卻較高，應充分利用行業的好政策和好時機，將陰極輥的設計理論和實戰經驗逐步與國際水平接軌。