Каковы гидрофильные свойства медной фольги для литий-ионных аккумуляторов?

1. Понятие о медной фольге


Медная фольга - это катодный электролитический материал, состоящий из меди и некоторой доли других металлов. Он используется в качестве проводника и является важным материалом для изготовления ламинатов с медным покрытием (CCL) и печатных плат (PCB). Медная фольга имеет низкие характеристики поверхностного кислорода и может быть прикреплена к различным подложкам, таким как металлы, изоляционные материалы и т. Д., И имеет широкий диапазон температур. Электронная информация и литиевые батареи являются основными областями применения медной фольги. По сравнению с электронной медной фольгой, медная фольга литиевых батарей имеет более высокие требования к характеристикам.



2. Классификация медной фольги.


Литиевые батареи обычно различают только рулонную фольгу и электролитическую фольгу. Ниже приводится сравнение процесса производства рулонной фольги и электролитической фольги.



3. Требования к характеристикам медной фольги для литий-ионных батарей.

 

Медная фольга является носителем активных материалов отрицательного электрода в литий-ионных батареях. Он также является коллектором и проводником электронов отрицательного электрода. Поэтому к нему предъявляются особые технические требования, то есть он должен иметь хорошую электропроводность, поверхность может быть равномерно покрыта материалом отрицательного электрода без выпадения, и он должен иметь хорошую коррозионную стойкость.

 

В настоящее время широко используются клеи, такие как PVDF, SBR, PAA и т. Д., Их прочность сцепления зависит не только от физических и химических свойств самого клея, но также имеет большую взаимосвязь с характеристиками поверхности медной фольги. Когда прочность соединения покрытия достаточно высока, это может предотвратить опудривание и выпадение отрицательного электрода во время цикла зарядки или отслоение подложки из-за чрезмерного расширения и сжатия, что снижает скорость сохранения емкости цикла. И наоборот, если прочность соединения не слишком высока, по мере увеличения количества циклов внутреннее сопротивление батареи увеличивается из-за сильного отслаивания покрытия, и возрастает затухание циклической емкости. Для этого требуется, чтобы медная фольга для литий-ионных аккумуляторов имела хорошую гидрофильность.


 

4. Принцип гидрофильности медной фольги.

 

Как мы все знаем, катаная медная фольга и медная электролитическая фольга не только полностью различаются методами производства, но, что более важно, их металлическая структура также полностью различается. Исследования показали, что основной пик на дифрактограмме электролитической медной фольги толщиной менее 12 мкм - это плоскость (111), а плоскость (311) показывает определенную предпочтительную ориентацию. С увеличением толщины медной фольги интенсивность дифракционного пика плоскости (220). При непрерывном улучшении интенсивность дифракции других кристаллических плоскостей постепенно уменьшается. Когда толщина медной фольги достигает 21 мкм, коэффициент текстуры кристаллической плоскости (220) достигает 92%. Очевидно,

 

Вода состоит из атомов водорода и кислорода. Электроотрицательность водорода составляет 2,1, а электроотрицательность кислорода - 3,5. Следовательно, связь ОН в молекулах воды очень полярна. Эксперименты показывают, что угол между двумя связями ОН в молекуле воды составляет 104 ° 45 '. Дипольный момент молекулы воды не равен нулю, а «центр тяжести» положительного заряда не совпадает с «центром тяжести» отрицательного заряда, так что один конец атома водорода заряжен положительно. , а конец атома кислорода заряжен отрицательно, показывая сильную полярность. Молекулы воды - очень полярные молекулы.

 

Полярные молекулы обладают определенным сродством из-за их взаимного электростатического притяжения, поэтому вещества, состоящие из полярных молекул, должны иметь сродство к воде. Любое вещество, имеющее сродство к воде, называется гидрофильным веществом. Неорганические соли металлов и оксиды металлов - все вещества с полярной структурой. Они имеют сильное сродство с водой, поэтому все являются гидрофильными веществами.

 

Молекулярная структура некоторых веществ симметрична и, следовательно, неполярна. Неполярные молекулы имеют сродство к неполярным молекулам, но не имеют сродства к полярным молекулам. Это вывод, основанный на принципе взаимного растворения веществ схожего строения. Вещество, состоящее из неполярных молекул, молекулы которых не имеют сродства к молекулам воды, называется гидрофобным веществом.

 

В органической химии «масло» - это общий термин для неполярных органических жидкостей, поэтому гидрофобные вещества должны обладать липофильными свойствами. Некоторые полярные функциональные группы, такие как гидроксил (-OH), амино (-NH2), карбоксил (-COOH), карбонил (-COH), нитро (-NO2) и т. Д., Вводятся в гидрофобные вещества, чтобы они имели определенная полярность и, следовательно, гидрофильность. Так называемая гидрофильность - это простое описание сродства вещества к воде; для твердых веществ его гидрофильность обычно называют смачиваемостью.

 

Что касается угла смачивания, то угол смачивания θ между металлом и водой обычно составляет менее 90 °, поэтому чем грубее поверхность медной фольги, тем лучше смачиваемость; когда θ> 90 °, чем грубее твердая поверхность, тем хуже смачиваемость поверхности. По мере увеличения шероховатости поверхности становится легче смачивать легко смачиваемую поверхность, а труднее смачивать поверхность становится труднее.

 

5. Стандарт испытаний на гидрофильность медной фольги.

 

Производители литий-ионных аккумуляторов очень просто проверяют гидрофильность рулонной медной фольги. Они используют щетку только для того, чтобы аккуратно нанести чистую воду на поверхность медной фольги, чтобы увидеть, есть ли разрыв водяной пленки.

 

6. Факторы, влияющие на гидрофильность медной фольги.


6.1 Связь между гидрофильностью медной фольги и шероховатостью поверхности медной фольги неочевидна.


6.2 Гидрофильность связана с металлографической структурой медной фольги.


Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) показывает, что медная фольга с хорошей гидрофильностью имеет мелкие зерна и относительно низкую шероховатость поверхности. Необработанная фольга с низкой шероховатостью поверхности после обработки имеет хорошую гидрофильность. В основном это происходит из-за того, что чем мельче гранулы фольги из электролитической меди, тем больше ее реальная удельная поверхность; и чем больше шероховатость поверхности, тем меньше ее реальная площадь поверхности, что приводит к снижению гидрофильности медной фольги.

 

6.3 Гидрофильность связана с состоянием поверхности и реакцией медной фольги.

 

Если медная фольга находится в воздухе в течение длительного времени, молекулы неполярного газа N2, 02, CO2 в воздухе будут адсорбироваться на поверхности металла, тем самым изменяя гидрофильность медной фольги. Например, после выдерживания медной фольги с хорошей гидрофильностью на воздухе в течение 90 минут ее гидрофильность значительно снижается. Это связано с тем, что металлические поверхности с высокой удельной поверхностной энергией легко смачиваются жидкостями с низким поверхностным натяжением, поскольку процесс смачивания снижает свободную энергию системы. Удельная поверхностная энергия новой металлической поверхности выше (удельная поверхностная энергия меди составляет около 1,0 Дж / м2, а алюминия и цинка около 0,7-0,9 Дж / м2), но если поверхность медной фольги будет особенно поверхность новой электролитической медной фольги. При контакте с воздухом он будет адсорбировать множество молекул газа, образуя адсорбционный слой из одной молекулы. Наличие поверхностного давления значительно снижает смачиваемость поверхности медной фольги.

 

В дополнение к молекулам неполярного газа поверхность медной фольги может также поглощать пыль и органическое масло из воздуха, делая его более гидрофобным. Следовательно, упаковка из медной фольги для литий-ионных аккумуляторов должна иметь вакуумную упаковку, чтобы уменьшить окисление поверхности медной фольги и сохранить гидрофильность медной фольги.


Почтовая консультация

Пожалуйста, не стесняйтесь задавать вопросы в форме ниже. Мы ответим вам в течение 24 часов.