以科技重塑未來:全球銅箔龍頭的創新實踐
當你駕駛電動 汽車 馳騁于祖國的錦繡山河,當你輕觸智能 手機 探索世界的萬千精彩,當你驚嘆于 AI 算力的飛躍式提升時,是否想過在這些背后,都有一種重要的金屬材料在起著關鍵的支撐作用——電解銅箔。這種通過電化學沉積工藝在陰極表面生成的超薄金屬銅層,厚度僅以微米計,是新能源和電子信息產業的核心基礎材料。它薄如蟬翼,卻承載著時代的重量;它細若發絲,卻編織起銅基 科技 的經緯。
1985年,德福科技的肇始之基——九江電子材料廠,在長江之畔的江西九江悄然落地。四十年來,企業始終深耕于電解銅箔行業,憑借數代人的艱苦奮斗,2023年企業成功在深交所上市,自此邁入新的發展階段。
市場領跑,彰顯實力
2024年行業數據顯示,中國電解銅箔產能已達185萬噸,占全球總產能的80%以上,連續數年保持全球第一。作為行業翹楚的德福科技憑借15萬噸的年產能,實現年度營收78億元,同比增長20%,銷量近10萬噸級,同比增長17%,創下行業歷史新紀錄,彰顯了行業龍頭的絕對領先優勢。
科技賦能,創新驅動
在亮眼的市場表現背后,是不斷提升的研發投入和技術創新能力。德福科技始終堅持自主創新引領企業發展,通過團隊的深入研究,一步步推動國內電解銅箔行業從“設備精度導向型”轉向“電化學工藝過程導向型”,在這一過程中,企業研發團隊緊跟下游技術發展趨勢,深入了解客戶的實際需求,積極開發國產化替代及各類原創性解決方案產品。在鋰電集流體銅箔領域,公司團隊在2018年即預見到下游高硅負極的高速發展態勢,據此明確了高強度至超高強度(400-900 Mpa)的銅箔材料發展譜系,并率先于2023年量產抗拉強度700 Mpa以上的4-6微米鋰電集流體銅箔。該款銅箔量產上市后,先后被應用于多款國產高端折疊屏手機,并因其極高的制造工藝門檻,德福科技已與全球消費電池龍頭企業形成獨供合作。而同時期絕大多數鋰電銅箔制造商仍在同質化競爭4.5-6微米普通強度極薄產品,技術代差極為明顯。
針對固態電池,公司研發團隊根據多年研究發現集流體界面將是固態集流體成功的關鍵,獨創性開發出各類三維形態的電解銅箔(星箔、霧化箔、芯箔等),引起行業側目并獲得客戶多輪測試結果的高度評價。憑借極強的研發量產轉化能力,事實上公司在固態集流體領域已提前完成產品布局,未來隨著固態電解質等材料逐步完善,公司將獲得確定性的增量發展并形成領先同行業的競爭代差優勢。而在電子電路銅箔領域,公司團隊采用模塊化電解技術及表面處理工藝的底層邏輯,用短短5年時間已達到高頻、高速、半導體封裝用銅箔領域的全面量產覆蓋并逐步實現國產化替代。在至關重要的AI服務器電路領域,公司已完全具備HVLP-3/HVLP-4級別銅箔的量產能力并突破進入全球AI芯片龍頭企業的超高端產品和多家北美頂尖云廠商供應鏈體系,預計至2025年底,公司高頻高速電路用銅箔月出貨量將突破千噸級,引領國內行業。
一、 在原子的堆砌中重新定義行業發展方向
過去的國產銅箔行業格外重視“卷”設備、“卷”厚度,卻忽視了客戶在使用過程中的用戶體驗及產品終端的性能表現,隨著鋰電銅箔產品變薄(6μm→4.5μm→3μm),產品單位寬度抗張能力與箔面抗壓變形能力顯著降低,拉伸或高壓下斷裂的可能性成倍增加,銅箔厚度降低的同時下游鋰電池企業在涂布、輥壓過程中的使用難度陡增,并且在電芯使用過程中,更會影響電池安全性和循環壽命。
行業的變革者: 面對這些挑戰,德福科技是行業內最先開始研究極薄化銅箔機械性能提升的企業,為了提高電解銅箔的抗拉強度、彈性模量及延伸率等性能,德福科技對銅箔的微觀組織形成機理及其對銅箔性能的影響展開研究,通過先進的晶體表征技術EBSD、TEM、XRD等分析,發現不同力學性能的銅箔均存在不同的晶粒分布,高強度銅箔的晶粒尺寸更加細膩,且晶格結構更加均勻。欲使銅箔電沉積形成更細膩的微觀結構,需向電解液中引入添加劑以改變銅沉積的反應電位,從而調控銅箔的微觀結構和形貌。例如:研發團隊通過科學的實驗,發現采用改性聚醚類高分子化合物作為走位劑,可以在陰極形成“粘體層”,提高陰極極化,抑制銅離子的沉積速度,使銅箔結晶致密。通過相關研究,德福科技逐步總結出通過添加劑精準調控銅箔微觀組織的工藝技術,并利用子公司德思光電的先發優勢自主開發和生產添加劑,開創了通過調控“銅離子電沉積過程”來保證銅箔宏觀物性穩定的新時代。
銅箔微觀世界的調控之道: 雖然通過調節添加劑種類和濃度可以控制銅箔的微觀組織結構,但添加劑以ppm級濃度存在于電解液體系中,如何準確測量添加劑濃度成為業界難題。為了定量跟蹤添加劑在電解液系統中的有效濃度,德福科技團隊在行業內率先開發了適合電解銅箔系統的循環伏安溶出技術(CVS)解決這一難題。該技術采用三電極系統來模擬電鍍過程,在特定的氧化電位下出現明顯的銅溶出峰,該峰可反映添加劑是如何影響鍍銅速率的,并準確測量出電解液中各類添加劑的有效濃度,完全取代了傳統霍爾槽測試方法。借助CVS技術,德福科技可對銅箔電沉積過程實現精準調控,針對性的平衡補充添加劑,破除了生產“盲盒”,這一技術突破不僅為新產品研發提供了關鍵工藝支撐,更以穩定的過程控制能力為客戶供貨筑牢了堅實保障。
二、 緊密貼合下游發展與需求導向
鋰離子電池主要由正極活性材料、負極活性材料、電解液(質)、隔膜、集流體和其他輔助組件構成,為了提升電芯的能量密度,負極活性材料正在從石墨→硅基負極→鋰金屬負極發展,德福科技從不同負極活性材料的性質出發,在行業內最早開始針對硅基負極和鋰金屬負極定制化開發相應的集流體解決方案。
硅基負極尤其是高硅含量負極,在循環過程中表現出較大的體積變化,因此對于負極集流體的抗拉強度、延伸率提出更高要求,高抗拉強度確保銅箔在電池制造與使用過程中結構穩固,防止因硅負極體積膨脹導致材料斷裂,而高延伸率則使銅箔能更好地適應負極活性材料的體積變化。針對以上特點,德福科技定制化地開發了超高強鋰電銅箔,該系列產品可做到抗拉強度>700Mpa且延伸率≥4.5%,可有效應對高硅含量負極在循環過程中的體積變化,提高電芯能量密度的同時保障其安全性,該系列產品被應用于多款國產高端折疊屏手機,相關產品由德福科技全球獨家供應給下游鋰電池企業。
鋰金屬負極較石墨、硅碳負極可實現更高的能量密度,為固態電池負極側長期迭代方向,而由于鋰金屬的高活性將促進鋰枝晶的形成并影響鋰電池的使用,德福科技通過對銅箔進行三維結構設計來適配鋰金屬負極。現主打產品包括:1.星箔,星箔如其名,是通過在銅箔表面形成5—50μm的通孔制造的銅箔,將銅箔鋪展開后,其表面的孔洞如漫天繁星,星箔由于表面的多孔結構,與鋰金屬接觸后的粘附性更強,可與鋰帶壓合形成結構穩定的銅鋰復合帶,從而應用于固態電池中;2.霧化銅箔是對銅箔兩面進行特殊表面處理的銅箔,對銅箔兩面進行特殊的表面形貌設計,緩解鋰金屬負極循環過程中鋰枝晶的形成,大幅提高鋰金屬電池的循環壽命;3.芯箔則通過對銅箔兩面進行納米級的鍍鎳處理,提高了銅箔的耐高溫性和耐腐蝕性,使其能夠更好地適應固態電池的工作環境。目前,以上產品均已實現量產,并向多家下游客戶送樣測試。德福科技基于自身技術優勢,將與全球新能源產業鏈的合作伙伴攜手,共同推動 商業 化固態電池的快速發展。
圖 1 :德福高附加值鋰電銅箔產品
三、 以夸父之志推動先進銅箔國產替代
電子電路銅箔主要應用于覆銅板層壓板(CCL)和印制電路板(PCB)中,其一面與絕緣層結合,另一面加工形成精密電子線路,在各類電子產品中承擔著傳遞電流和電信號的作用。在5G時代和AI技術的浪潮下,服務器、交換機、光模塊等對信號傳輸速率和信號完整性提出了更高要求,在此背景下,以RTF(Reverse Treated Copper Foil)反轉處理銅箔、HVLP(Hyper very Low Profile Copper Foil)超低輪廓銅箔以及IC封裝用載體銅箔為代表的先進電子電路銅箔市場需求空間將持續擴大,而這些高附加值銅箔產品依賴于進口是長期以來該行業的痛點。
為了推動先進電子電路銅箔的國產化替代,德福科技于2021年成立夸父實驗室開始布局相關產品的開發與量產轉移,先后開發并總結出以超低輪廓生箔添加劑技術、超微細表面粗化添加劑技術、低鐵磁性阻擋層電沉積技術和硅烷偶聯劑適配技術等為核心的先進電子電路銅箔解決方案。基于相關核心技術,德福科技成為國內唯一集高速數字電路、高密度互聯、高頻、封裝載板、類載板、撓性線路板、汽車用線路板領域全覆蓋的產品解決方案供應商,相關產品相繼成功導入并批量應用于5/5.5G通訊、AI加速卡、光模塊、存儲芯片、低軌衛星等領域。
① 銅瘤形貌研究: HVLP銅箔制備的難點在于:高頻的電流通過導體時,電流趨向于在導體表面分布,即趨膚效應,當電流主要分布于銅箔表面時,為了減小電信號在傳輸過程中的損耗,就必須降低銅箔的表面粗糙度,而銅箔的粗糙度又同其與絕緣層的結合力息息相關,如何在低粗糙度條件下實現銅箔的高剝離強度,是制備HVLP銅箔的關鍵技術難題。針對以上難題,團隊從銅箔的微觀結構出發,通過構建粗糙度(f)與多維度相關參數的關聯模型,結合工藝技術創新實現對銅瘤尺寸與形貌的精準定向調控,穩定生產出符合客戶品質需求的HVLP銅箔,并且隨著研究的深入,團隊發現HVLP銅箔的電性能也與銅瘤的大小形狀關系密切,經過大量實驗驗證,德福科技已構建起覆蓋不同基材類型與損耗等級的定制化服務體系,同時通過精準調控表面處理層中微量金屬元素的含量,德福科技的V-HS3(HVLP3代)產品現已躋身國際一流水平。隨著全球AI大模型持續快速發展,高速運算場景下對CCL的要求越來越高,隨著CCL等級向M9、M10等更高階邁進,與之匹配的銅箔等級也需同步升級HVLP4、HVLP5。在此背景下,德福科技研發團隊已成功開發4代、5代HVLP產品:其中V-HS4已具備量產能力,正與客戶開展試驗板測試,V-HS5進入特性分析測試階段,當前研發進度已領先于國內其他銅箔企業。
② 國產載體銅箔技術研發: 隨著電子行業向高密度化邁進,PCB設計對材料薄型化與線路精細化提出更高要求——線寬/線距持續收窄,傳統電子電路銅箔因蝕刻過程中易出現側蝕現象,導致加工后的線路呈梯形,已成為超精細線路(如25μm/25μm)發展的關鍵制約。在此背景下,采用mSAP(半加成法)工藝的載體銅箔技術應運而生:其通過預壓載體銅箔至基材→剝離載體→極薄層預處理→覆干膜→曝光顯影→圖形電鍍加厚→退干膜→閃蝕去薄銅的工藝鏈,實現了極薄銅層的精密線路加工。載體銅箔的核心結構由三大功能層協同構成:其一是載體層(通常采用18μm/35μm銅箔或鋁箔等材料),作為基礎支撐骨架,主要作用是防止極薄層在運輸或使用過程中因機械應力出現卷曲、褶皺或撕裂;其二是剝離層,作為載體層與極薄銅層之間的關鍵界面,直接決定了二者間的剝離強度;其三是極薄銅層(厚度僅1.5-5μm),作為最終形成目標線路的核心主體。其中剝離層的制備堪稱載體銅箔開發的核心難點,既要確保加工過程中極薄銅層能穩定轉移,又要避免材料殘留影響線路性能。這一平衡能力的把控,直接決定了載體銅箔開發的成敗。目前,剝離層主要分為單一有機剝離層、單一合金剝離層、有機/合金復合剝離層三類。研發團隊通過系統開展多類型剝離層的實驗驗證與性能分析,結合工藝適配性評估,最終確定了當前技術條件下最優的剝離層組合方案。在此基礎上,團隊進一步對合金層厚度進行精準調控、優化沉積形貌,并通過多輪有機層參數微調,成功開發出C-IC1載體銅箔產品。目前該產品已通過下游多家頭部企業驗證,預計2025年將逐步實現進口替代,為國產高端載體銅箔的自主可控提供關鍵支撐。
圖 2 :德福先進電子電路銅箔產品
從跟跑到領跑,德福科技企業正以創新為引擎,向全球高端價值鏈大步邁進。"鑄比肩世界之品牌,達銅箔工業之典范" 不僅是美好的愿景,更是電解銅箔行業從中國制造向中國創造跨越式邁進的生動實踐。在科技革命與產業變革的浪潮中,德福科技將繼續發揮在銅基新材料產業創新引領的龍頭作用,為全球科技進步貢獻中國智慧與中國方案。