中国粉体网讯 银包铜粉是以铜为内核、银为外壳的核壳型导电复合材料，兼具银优异导电、抗氧化特性与铜低成本优势，可大幅降低光伏银浆、电子导电材料的贵金属用量，在异质结光伏电池、导电胶、电磁屏蔽涂料、印刷导电油墨领域具备极高应用价值。本文综述了化学镀法、机械球磨法、熔融雾化法、喷雾热解法四类主流银包铜粉制备工艺，归纳总结了银包铜粉的包裹机理。在此基础上，本文指出未来低成本、高稳定、标准化银包铜粉的研发方向，为光伏低温银浆及电子导电填料的工艺开发与性能改良提供理论参考。
1 引言
在“双碳”战略驱动下光伏产业快速扩张，PERC、TOPCon高温银浆与HJT低温银浆的市场需求持续攀升[1]，2025年光伏行业银粉消耗量已达5100吨。银作为稀缺贵金属，市场价格波动剧烈，同时高温工况下易发生银离子迁移，制约光伏电池与精密电子器件长期稳定性；纯铜粉导电性能与银接近、原料成本低廉，但超细铜粉比表面积大，极易氧化导致导电性能骤降，无法直接用作导电填料。在此背景下，银包铜核壳复合粉体材料应运而生，通过在铜颗粒表面构建连续致密银镀层，既解决纯铜易氧化缺陷，又缓解银浆高成本、银迁移难题，相关测算表明银包铜方案可削减30%~50%银浆生产成本[2]。
光伏银浆
HJT异质结电池是银包铜粉核心应用场景，该电池需双面印刷250℃以下低温银浆[3]，传统纯银浆料占电池总成本约1/4，降本需求迫切。当前银包铜粉银含量主流区间为30%~50%，含银50%左右粉体仅适用于300℃以下工况，高温环境易出现银层剥离、铜基底裸露氧化问题。目前国内外已有大量研究围绕银包铜粉制备工艺、包覆调控、性能改良展开，但少有综述完整对比四类制备路线，系统归纳包覆生长机理与全维度性能优化策略，同时对产业化现存技术挑战缺乏整合分析。本文基于近年银包铜粉相关研究成果，完整对比四大制备工艺，深入解析化学镀包覆微观机理，总结各领域应用现状并剖析行业技术痛点，为后续银包铜粉规模化制备与高性能导电浆料开发提供完整理论支撑。
2 银包铜粉结构与基础性能特征
2.1 微观形貌分类及适用场景
银包铜粉根据颗粒形貌可分为球形、片状、树枝状三类，形貌直接决定导电通路构建方式与下游应用方向。球形银包铜粉分为微米级与纳米级，颗粒圆润分散性好，填充浆料时可填充粉体间隙提升烧结致密度，是光伏导电浆料的核心原料；片状银包铜粉依靠面接触形成连续导电网络，导电性能优于球形粉体，松散密度低、金属光泽优良，多用于电子封装导电浆料、低温导电涂料；树枝状粉体多点接触特性使其导电能力突出，但烧结过程收缩率大、成型结构疏松，极少用于光伏浆料，仅少量应用于通用导电胶。工业生产中球形粉体可通过机械球磨改性转化为片状，两种形貌复配使用可协同提升导电与力学性能。
2.2 核壳结构特征
标准银包铜粉为典型核壳结构，内部铜为导电核心，外部银镀层厚度可控，范围覆盖数十纳米至数百纳米，完整截面可清晰区分铜内核与银包覆层。银镀层均匀连续性是决定粉体性能的核心指标：连续致密银层可隔绝氧气、水汽，阻止铜基底氧化，同时构建完整导电界面；若镀层存在孔洞、局部薄化、点缀式包覆缺陷，氧气易渗透接触铜基底，高温长期服役后出现氧化增重、电阻率上升。工业主流球形粉体银镀层厚度约336nm，银含量30%~50wt.%，多层复合镀层相较单层镀层抗氧化温度可提升至357.7℃以上。
2.3 抗氧化性能规律
银镀层是银包铜粉抗氧化性能的核心屏障，热重分析结果表明纯铜粉500℃完全氧化，质量增重23%；银包铜粉氧化起始温度随银含量提升同步升高，银含量29.84%粉体氧化起始温度约300℃[4]，经烷基硫醇、硫氰化钾表面改性后可提升至450℃。银镀层致密度、厚度、包覆完整度共同决定抗氧化能力：同等银含量下，还原镀法制得均匀连续镀层抗氧化性显著优于置换镀点缀式镀层；双层银镀层致密性优于单层镀层，抗氧化温度大幅提升；低银含量粉体若镀层存在缝隙，氧化增重速率会显著提高，因此低银高抗氧化粉体开发需精准调控镀层生长过程。
3 银包铜粉主流制备工艺及机理对比
现阶段成熟工业化与实验室制备路线包含化学镀法、机械球磨法、熔融雾化法、喷雾热解法四类，其中化学镀法因设备简易、工艺可调、适配大规模量产，成为行业主流工艺。
3.1 化学镀法
化学镀是一种无需通电的技术，通过氧化还原反应，利用强还原剂将金属离子在溶液中还原为金属并沉积在材料表面，形成致密的镀层[5]。常见的化学镀溶液包括镀银、镀镍、镀铜、镀钴以及镀镍磷、镀镍磷硼等。化学镀法可分为置换镀银和还原镀银两种。
化学镀法制备铜银核壳粉末工艺示意图
置换镀仅依靠铜基体还原银离子，镀层分散不均、多孔隙，必须多次镀银改良包覆效果，优势为无需额外还原剂，原料体系简单；还原镀双反应同步进行，镀层连续均匀，一步成型，工艺稳定性更高，但需精准匹配还原剂、络合剂、分散剂配比，废液处理复杂度略高。综合量产成本、粉体性能，还原化学镀法为光伏浆料专用银包铜粉主流制备路线。
3.2 机械球磨法
机械球磨法依靠球磨介质撞击、剪切、挤压作用，实现铜粉塑性变形与银原子表面扩散，主要用于制备片状银包铜粉，分为纯机械活化、球磨-化学镀复合两种工艺。
纯机械球磨在惰性气氛下开展，采用0.5~10mm银球作为研磨介质，球形铜粉球磨2~8h后筛分分离银球[6]，铜颗粒受机械力延展为片状，银原子扩散嵌入铜表面形成致密包覆层，产品导电性、抗氧化性优良，但研磨介质耗银量大、生产成本偏高，设备磨损、整体能耗较高，易出现局部包覆不均匀、粉体氧化问题。
复合工艺先高能球磨活化铜粉（球料比20:1、转速300rpm、球磨0~16h），活化后铜粉粒径先粗化后细化，活化粉体再开展低温化学镀银，大幅缩短镀银反应时间，镀层结合力更强，兼顾片状形貌与完整包覆优势。该工艺优势为流程简单、可规模化生产片状粉体；短板是仅适配片状产品，球形粉体难以通过纯球磨制备，设备能耗与银介质损耗限制大范围推广。
3.3 熔融雾化法
熔融雾化法利用铜银合金熔体雾化、凝固过程元素偏析效应制备梯度银包铜粉，由日本旭化成工业率先开发[7]。将铜、银熔融混合形成合金液，高压气流雾化形成微小液滴，高温凝固阶段银流动性优于铜，自发向颗粒表面迁移，形成表层高银、内部银含量梯度递减的特殊核壳结构。梯度银层可有效抑制高温银迁移，缓解铜基底裸露氧化问题，粉体银整体添加量低，但表层导电银充足。
但该工艺缺陷显著：合金熔炼、高压雾化设备投入高，熔融温度管控严苛，整体工艺复杂，单批次产量受限，生产成本远高于化学镀法，仅少量高端梯度粉体采用该路线，无法满足光伏行业大规模量产需求。
3.4 喷雾热解法
喷雾热解法融合液相前驱体制备、气相高温分解优势，以硝酸铜、硝酸银混合盐溶液为前驱体，超声波雾化生成微米级液滴，氮气载气输送至双段高温炉，短时间完成溶剂蒸发、金属盐分解、颗粒致密化，一步生成核壳银包铜粉[8]，设备结构如图所示。
喷雾热解示意图
注：①载气引入；②前驱体溶液的雾化；③双炉加热雾化液滴；
④冷却气体引入；⑤颗粒收集滤网和蒸气副产品出口
该工艺可控性极强：颗粒平均粒径可精准调控至0.45μm，银负载量0~80wt.%灵活调整；20wt.%银含量粉体空气中放置1个月，95%铜保持金属态，抗氧化稳定性优异。但工业化短板突出：需高精度超声雾化设备、耐高温耐腐蚀高温炉，前期固定资产投资巨大，单炉产能偏低，难以适配光伏万吨级粉体需求，现阶段仅用于实验室纳米银包铜粉制备。
4 银包铜粉主要应用领域
4.1 HJT光伏低温导电银浆
光伏是银包铜粉规模最大应用市场，HJT异质结电池需250℃以下低温固化浆料，纯银浆成本过高，银包铜可替代30%~50%银粉。球形银包铜粉为浆料核心导电填料，通过调控银层厚度、包覆完整性平衡导电与抗氧化性能；球形+片状复配粉体可优化丝网印刷流变性能，提升电极烧结致密度。当前行业主流粉体银含量30~40wt.%，低银（<30%）高稳定粉体是光伏材料研发核心方向，可进一步压缩电池制造成本。
4.2 电子导电胶
导电胶用于电子元器件低温粘接、线路导电连接[9]，固化温度150~200℃，适配柔性基材不耐高温特性。以银包铜为填料的导电胶体积电阻率可低至5×10-4Ω·cm，远优于纯铜导电胶；片状银包铜制备导电胶抗剪切强度可达22.69MPa以上，粘接可靠性优良，广泛用于RFID射频标签、柔性线路板元器件粘接。纳米银包铜搭配银纳米线复配填料，仅60wt.%填充量即可实现高导电，进一步降低有机载体添加比例，提升固化后力学性能。
4.3 电磁屏蔽复合涂料
电磁屏蔽涂料用于电子设备电磁辐射阻隔，银包铜粉屏蔽效能显著优于纯铜填料，单一组分银包铜聚合物屏蔽效率可达73.3dB；石墨与银包铜8:2复配填料涂层在1.5~1.7 GHz频段反射损耗大于10dB[10]，织物涂层屏蔽效率超20dB。片状银包铜因面接触导电网络完整，是屏蔽涂料首选形貌，搭配聚氨酯成膜剂可制备柔性织物屏蔽涂层、设备外壳防护涂料。
4.4 印刷导电油墨
导电油墨适配喷墨、丝网印刷制备柔性电路、传感器电极，要求粉体粒径小、低温稳定、分散性好。40nm铜内核包覆2nm超薄银层纳米银包铜适用于喷墨印刷，150℃固化后导电图案具备金属光泽、长期抗氧化；环氧树脂基导电油墨添加70wt.%银包铜粉，固化后体积电阻率低至1.57×10-3Ω·cm，附着力、柔韧性优异，广泛用于柔性电子、可穿戴传感印刷线路。
5 产业化核心技术挑战
结合行业调研与实验结论，银包铜粉规模化推广存在四大无法回避的技术瓶颈，制约光伏、电子领域大范围替代纯银粉。
第一，低银含量与高抗氧化性能难以平衡。光伏降本需求推动银含量向30 wt.%以下发展，但银含量降低直接导致镀层变薄、包覆缺口增多，粉体抗氧化性快速衰减。目前缺少不同镀液体系银离子还原动力学基础数据，无法建立精准镀层厚度调控模型，难以定量匹配低银添加量与完整致密镀层，是基础研究首要突破方向。
第二，银镀层致密度缺少统一定量评价标准。镀层孔隙、针孔是粉体氧化失效核心诱因，但行业仅依靠热重氧化增重间接表征抗氧化能力，无镀层致密度定量检测方法，不同厂商粉体性能无法横向对标，产品质控、下游浆料配方开发缺乏统一依据。亟需建立SEM截面孔隙统计、电化学渗透测试等标准化表征体系，阐明镀层致密度、厚度、抗氧化温度三者定量关联。
第三，银包铜粉体与银粉、有机载体浆料相容性差。银密度10.49g/cm³，铜密度8.96g/cm³，银包铜密度低于纯银粉，二者复配制浆时密度差易引发粉体分层，丝网印刷电极厚薄不均、导电性能波动；粉体表面银镀层与有机树脂载体界面相容性研究较少，储存过程易出现填料团聚、浆料粘度漂移，影响电池量产稳定性。
第四，银包铜浆料长期服役可靠性数据缺失。理论上高温长期工况下氧气可穿透银镀层氧化铜内核，氧化铜与银热膨胀系数差异会造成镀层开裂剥落，铜离子扩散至硅片会直接导致光伏组件失效。现阶段可靠性测试均由各电池企业独立开展，无统一行业测试标准，长期户外服役老化数据匮乏，下游厂商大规模替换纯银浆存在性能失效风险，制约行业产业化普及。
6 总结
银包铜核壳导电粉体通过银镀层改性纯铜粉，兼顾低成本、高导电、抗氧化多重优势，是光伏低温银浆、柔性电子导电材料核心替代原料。四类制备工艺中化学还原镀法凭借设备简单、粉体性能可控、适配大规模量产成为行业主流；机械球磨仅适配片状粉体，熔融雾化、喷雾热解法受设备投资、产能限制，仅用于特种高端粉体。
随着包覆机理研究持续深入、工艺参数精准调控技术成熟、行业标准逐步完善，银包铜粉将全面替代部分纯银填料，大幅降低光伏与电子制造贵金属消耗，支撑新能源、印刷电子产业低成本可持续发展。
参考文献
[1]段建锋,林胜男,邓戈,等.银包铜粉制备与性能优化研究进展[J].云南冶金,2026,55(1):114-120.
[2]李明钢,汪根深,孙德旺,等.银包铜粉制备与应用的研究进展[J].稀有金属材料与工程,2025,54(5):1367-1376.
[3]Yousuf H, Khokhar M Q, Zahid M A et al. Energies[J], 2022,15(15): 5753.
[4]Wu Min,Lin Baoping,Cao Yi et al.Journal of Materials Science:Materials in Electronics[J], 2013, 24(12): 4913
[5]郭学益,郑忱奕,王亲猛.化学镀法制备银包铜粉研究进展[J].中国有色金属学报,2024,34(1):1-27.
[6]李玉虎，刘志宏，刘付朋，等.一种片状银包铜粉的制备方法：CN103949635b[P].2016-05-11.
[7]Tsai S C，Song Y L，Tsai C S，et al. Ultrasonic spray pyrolysis for nanoparticles synthesis [J] .Journal of materials science，2004，39：3647-3657.
[8]Koo H Y，Park D. Conductive powder synthesis technology for improving electrical conductivity by one -pot ultrasonic spray pyrolysis process[M]/New Advances in Powder Technology. IntechOpen，2022.
[9]Aradhana R, Mohanty S, Nayak S K. International Journal of Adhesion and Adhesives[J], 2020, 99: 102596
[10] Liu Yuanjun, Yu Yongtao, Zhao Xiaoming. The Journal of the Textile Institute[J], 2021, 112(11): 1709
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