黄剑，刘伟飞，宋宁，樊小伟，赵蒙，唐云志
（江西理工大学化学与化工学院，江西 赣州 341000）
扫描二维码，下载全文
引用格式：
①黄剑，刘伟飞，宋宁，樊小伟，赵蒙，唐云志. 胶原蛋白及自退火行为对电解铜箔翘曲性能的影响[J]. 铜业工程,2024(3):145-151.
②HUANG Jian, LIU Weifei, SONG Ning, FAN Xiaowei, ZHAO Meng, TANG Yunzhi. Warpage of electrolytic copper foil with collagen and self annealing behavior [J]. Copper Engineering, 2024(3):145-151.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.03.013
电解铜箔在生产过程中极易出现铜箔翘曲度高等问题，严重影响铜箔后续加工和装配，是电解铜箔的关键共性难题之一。本文以不同浓度的胶原蛋白作为添加剂，研究了胶原蛋白对电解铜箔翘曲度的影响，并探讨了其作用机制。结果表明，胶原蛋白的最佳加入量为10 mg/L，此时铜箔的抗拉强度达到382.5 MPa，翘曲度大幅降低至16 mm。随着胶原蛋白浓度的升高，铜箔的抗拉强度不断增加。胶原蛋白通过促进铜箔形成（220）Cu晶面择优取向，降低铜箔表面粗糙度，显著改善铜箔的翘曲度。加入10 mg/L胶原蛋白，铜箔的（220）Cu晶面的织构系数（Tc）增加到57.8%，毛面粗糙度Rz降低到1.9 μm，翘曲度降至16 mm。由于胶原蛋白残留在铜箔内部，导致铜箔发生自退火行为。铜箔通过自退火释放了部分残余应力，使得铜箔的翘曲度进一步降低至9 mm。因此，胶原蛋白是一种有效降低铜箔翘曲度的添加剂，并且能够通过之后的自退火行为，进一步降低铜箔的翘曲度。
随着现代电子信息技术和新能源产业的快速发展，电解铜箔作为电子线路板的核心导电材料和锂离子电池负极集流体材料，直接影响电子产品的质量和可靠性以及锂离子电池的容量和使用寿命。在电解铜箔的众多质量问题中，铜箔的翘曲现象是一个长期存在且难以彻底解决的技术难题，无论是对于线路板还是锂离子电池的制备都是无法忽略的重要缺陷。对于线路板来说，翘曲不仅影响铜箔的外观和加工性能，还可能导致后续在电路板的制造过程中对准精度降低，甚至会引起电路断路或短路，从而影响最终产品的稳定性和可靠性。对于锂离子电池来说，翘曲度较大的铜箔可能会导致与电池隔膜之间接触不良，从而影响电池的电导率，使电池性能下降。因此，如何有效地解决电解铜箔的翘曲问题，提高电解铜箔的质量与性能，一直是铜箔生产加工领域的重要课题。
近年来，许多学者对电解铜箔展开了深入研究。何铁帅等的研究表明，降低铜箔的表面粗糙度可以有效降低铜箔翘曲度。胶原蛋白作为电解铜箔整平剂，其中的氮氨基酸基团能在铜箔表面形成凝胶状薄膜，增加阴极极化，使阴极上的铜均匀致密地沉积。因此，胶原蛋白常被用作制备电解铜箔的整平剂，能有效地降低铜箔表面粗糙度。易光斌等研究表明，加入胶类添加剂不会提高铜箔的翘曲度。
图1 不同浓度胶原蛋白制备铜箔翘曲度测量结果：（a）0 mg/L；（b） 5 mg/L；（c）10 mg/L；（d） 15 mg/L
图2 不同浓度胶原蛋白制备铜箔的（a）拉伸性能图和（b）粗糙度变化图
图3 不同浓度胶原蛋白制备铜箔毛面SEM图像
图5 不同浓度胶原蛋白制备铜箔放置3 d后的翘曲度测试结果：（a）0 mg/L；（b） 5 mg/L；（c）10 mg/L；（d） 15 mg/L
图6 不同浓度胶原蛋白制备铜箔自退火前后残余应力变化图
加入不同浓度胶原蛋白所制备铜箔翘曲性能研究表明，胶原蛋白的最佳加入量为10 mg/L，此时铜箔的抗拉强度达到382.5 MPa，铜箔毛面粗糙度Rz降低至1.9μm，铜箔的翘曲度大幅降低至16 mm。胶原蛋白通过降低铜箔表面粗糙度，提升铜箔（220）Cu晶面Tc来降低铜箔翘曲度。胶原蛋白的过量加入反而会降低铜箔的翘曲性能，增大铜箔的翘曲度。胶原蛋白的加入会使得铜箔在制备后发生自退火行为，在自退火过程中铜箔内部的部分残余应力得到释放，从而降低铜箔的翘曲度。铜箔自退火完成后，10 mg/L胶原蛋白所制备的铜箔翘曲度进一步降低至9 mm。因此，胶原蛋白是一种有效降低铜箔翘曲度的添加剂。并且能够通过之后的自退火行为，进一步降低铜箔的翘曲度。
通信作者：唐云志，博士，江西理工大学化学与化工学院教授、博士生导师，江西省“双千计划”人才、江西省井冈之星，江西省主要学科学术带头人，江西省百千万人才，江西省青年科学家。2006年博士毕业于南京大学无机化学专业，同年3-5月在新加坡国立大学访问交流。长期从事高性能铜箔开发，在 JACS、Chem. Mater.、Appl. Mater. Today等国际著名期刊发表论文120余篇；授权发明专利15项，参与编撰《配位化学》等；获江西省科学技术进步一等奖、二等奖，有色金属工业协会技术发明奖二等奖等；担任中国稀土学会常务理事、中国有色金属学会理事、中国和美国化学会员、《铜业工程》编委等。
《铜业工程》创刊于1984年，由江西铜业集团有限公司主管主办，是我国铜工业领域全面反映铜产业链技术进步和金属材料科技创新的双月刊。中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士徐政和为期刊特约主编。期刊为《有色金属领域高质量科技期刊分级目录（2023）》T3级别，同时被美国《化学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》《中国核心期刊（遴选）数据库》《万方数据库》《维普中文科技期刊数据库》等国内外检索数据库平台收录。本刊主要刊登铜、铅锌、稀有金属、贵金属等有色金属在采选、冶金、加工、环保、分析测试等方面的最新科研成果及应用，以及有色金属领域产业数字化、“双碳”战略推进等研究论文和综述文章。
投稿网址：www.tygc.net
邮 箱：tygc1984@vip.163.com
电 话：0791-82710717，82710247，15070830953
联系地址：江西省南昌市高新区昌东大道7666号
新能源材料｜耐蚀耐磨铜基材料｜铜基复合材料｜锂/钠离子电池｜金属催化｜产业数字化｜铜铬系合金｜铜镍系合金｜铜箔｜增材制造｜高熵合金｜铜加工｜矿物浮选｜矿冶资源综合利用｜更多精彩敬请期待……
