電鏡下的微觀世界：EBSD技術(shù)揭示電解銅箔的微觀結(jié)構(gòu)特征

銅箔在鋰離子電池中

鋰離子電池的品質(zhì)深受其關(guān)鍵材料的影響。在正極材料方面，有三元材料、磷酸鐵鋰等類型；負(fù)極材料則涵蓋了石墨、石墨與硅氧化物的復(fù)合材料等。這些材料需固定于特定的金屬箔片之上，其中銅箔是負(fù)極材料的支撐基底。

銅箔不僅承載著活性物質(zhì)，還肩負(fù)著電子傳導(dǎo)的關(guān)鍵使命。鑒于銅箔密度較高，在助力鋰離子電池減輕重量、提升能量密度方面扮演著重要角色。此外，銅箔在覆銅板及印制電路板（PCB）行業(yè)應(yīng)用廣泛，且正向著更薄化的方向邁進(jìn)，以契合電子設(shè)備小型化、輕量化的發(fā)展潮流。

銅箔的制造

銅箔的制造主要有壓延和電解兩種工藝。壓延銅箔通過(guò)軋制和熱處理來(lái)獲取特定厚度與力學(xué)性能，但隨著材料輕薄化趨勢(shì)，電解工藝成為生產(chǎn)8微米以下銅箔的首選。電解銅箔生產(chǎn)流程包括將原料銅制成硫酸銅溶液，經(jīng)電沉積在不銹鋼滾筒上形成生箔，再經(jīng)表面處理制成成品。銅箔厚度由電解過(guò)程中的陰極電流密度和滾筒轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，與滾筒接觸面為光面，另一面為毛面。在鋰離子電池生產(chǎn)中，負(fù)極材料涂覆在銅箔光面，因此電解銅箔需滿足厚度要求，同時(shí)具備適當(dāng)微觀結(jié)構(gòu)以確保力學(xué)性能。

電解銅箔微觀結(jié)構(gòu)與分析

材料的組成和微觀結(jié)構(gòu)決定其力學(xué)性能。電解銅箔作為高純度銅產(chǎn)品，無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)強(qiáng)化機(jī)制提升力學(xué)性能，其強(qiáng)化因素可能包括晶粒尺寸、形變和織構(gòu)。由于銅箔很薄，形變強(qiáng)化不可行，而通過(guò)調(diào)整電沉積參數(shù)可控制晶粒尺寸和織構(gòu)類型及其比例。EBSD（電子背散射衍射）技術(shù)是分析材料微觀結(jié)構(gòu)的有效工具，能量化相關(guān)參數(shù)并直觀展示電解銅箔微觀組織。

EBSD電沉積中微觀變化

電解銅箔截面的EBSD分析展現(xiàn)了電沉積過(guò)程中微觀組織變化。從光面到毛面，銅箔晶體形態(tài)良好，晶粒形態(tài)差異清晰。光面晶粒細(xì)小呈等軸狀，毛面晶粒逐漸長(zhǎng)大呈長(zhǎng)條狀。

晶界統(tǒng)計(jì)顯示，大角晶界比例為94.6%，∑3孿晶界比例達(dá)56.6%。晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)受孿晶界計(jì)入大角晶界決定影響，從光面到毛面，晶粒尺寸逐漸增加，特殊取向晶粒優(yōu)先生長(zhǎng)呈長(zhǎng)條狀。電解銅箔截面上的取向分布圖顯示晶粒擇優(yōu)生長(zhǎng)，光面晶粒取向分散，電沉積過(guò)程中平行于厚度方向的<110>晶向成主導(dǎo)晶向，極圖和反極圖表明存在明顯<110>絲織構(gòu)，織構(gòu)分布圖顯示<111>織構(gòu)比例為8.4%，<110>織構(gòu)比例逐漸增加，大晶粒幾乎全為<110>織構(gòu)一部分。

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光面與毛面對(duì)比

電解銅箔表面EBSD分析顯示光面和毛面取向、織構(gòu)顯著差異。光面晶粒細(xì)小無(wú)明顯擇優(yōu)取向，毛面晶粒長(zhǎng)大取向單一，顯微組織特征包括晶界比例、晶粒尺寸和織構(gòu)組成比例。電解銅箔形核初期晶粒細(xì)小，電沉積過(guò)程中晶粒<110>方向優(yōu)先生長(zhǎng)，<110>織構(gòu)占主導(dǎo)，伴隨大量孿晶界形成，但<111>織構(gòu)未消失，在毛面比例超10%。

應(yīng)用價(jià)值

EBSD技術(shù)是分析金屬材料顯微組織的有效手段，能清晰展示電解銅箔電沉積過(guò)程中顯微組織演變，量化晶界比例、晶粒尺寸和織構(gòu)比例演變過(guò)程，有助于評(píng)估不同電沉積工藝效果差異。隨著電解銅箔厚度減小，其顯微組織更精細(xì)復(fù)雜，但EBSD探測(cè)器仍能高效表征這類材料，實(shí)際測(cè)試已證實(shí)其有效性。