鉅大LARGE | 點擊量：967次 | 2018年12月28日
鋰離子電池用銅箔親水性跟哪些因素有關
1.銅箔的概念
銅箔是由銅加一定比例的其它金屬打制而成的一種陰質性電解材料，用途是作為導體，是覆銅板(CCL)及印制電路板(PCB)制造的重要材料。銅箔具有低表面氧氣特性，可以附著于各種不同基材，如金屬，絕緣材料等，擁有較寬的溫度使用范圍。電子信息和鋰電是銅箔主流應用領域，鋰電銅箔相比電子銅箔性能要求更高。
2.銅箔的分類
鋰電里一般只區(qū)分壓延箔和電解箔。
3.鋰離子電池銅箔的性能要求
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
銅箔在鋰離子電池中既是負極活性材料的載體。又是負極電子的收集與傳導體。因此對其有特殊的技術要求，即必須具有良好的導電性，表面能均勻地涂敷負極材料而不脫落，并具有良好的耐蝕性。
目前常用的粘結劑PVDF，SBR，PAA等，其粘結強度不僅取決于粘合劑本身的物理化學性能，而且與銅箔的表面特性有很大關系。涂層的粘結強度足夠高時，可防止充彭電循環(huán)過程中負極的粉化脫落，或因過度膨脹收縮而剝離基片，降低循環(huán)容量保持率。反之，如果粘結強度過不到要求，則隨著循環(huán)次數的增加·因涂層剝離程度如重而使電池內阻抗不斷增大，循環(huán)容量衰減加劇。這就要求鋰離子電池用銅箔需要具有良好的親水性。
4.銅箔親水性的原理
眾所周知，壓延銅箔與電解銅箔不僅生產方式完全不同，更主要的是它們的金屬結構也完全不同。研究表明，厚度小于12μm的電解銅箔其XRD衍射圖譜中的主峰為(111)面，并且(311)面呈現一定的擇優(yōu)取向，隨著銅箔厚度的增加，其(220)面衍射峰強度不斷提高，其他晶面衍射強度則逐漸降低當銅箔厚度達到21μm時(220)晶面的織構系數達92%。很顯然，要想簡單地依靠生產工藝將電解銅箔的性能達到與壓延銅箔完全一樣幾乎是不可能的。
水是由氫原子和氧原子組成的，氫的電負性為2.1，氧的電負性為3.5，故水分子中O-H鍵的極性很強。實驗證明，水分子中的兩個O-H鍵之間成104°45′的夾角。水分子的偶極矩不等于零，正電荷的“重心”與負電荷的“重心”不重合，使得氫原子的一端帶正電，氧原子的一端帶負電，顯示出很強的極性，因此水分子是極性很強的極性分子。
極性分子之間由于相互間的靜電引力便有一定的親合力，因此由極性分子構成的物質必然對水有親合力。凡是對水有親合力的物質都叫親水物質。金屬無機鹽和金屬氧化物等都是極性結構的物質，它們能和水產生很強的親合力，因此都屬于親水物質。
有些物質分子的結構是對稱的，因而不具有極性。非極性分子對非極性分子有親合力，而對極性分子沒有親合力，這是根據結構相似的物質互溶原理得出的結論。由非極性分子構成的物質，其分子對水分子沒有親合力，稱為疏水物質。
在有機化學中，“油”是非極性有機液體的總稱，因此疏水物質就一定有親油的性質。將一些極性的官能團，如羥基(-OH)、氨基(-NH2)、羧基(-COOH)、羰基(-COH)、硝基(-NO2)等，引入疏水物質，可使其具有一定的極性，并因此產生親水性。所謂親水性，就是物質對水的親合力的簡單描述；對于固體物質，其親水性一般也稱為潤濕性。
關于潤濕角，金屬與水的接觸角θ一般小于90°，所以銅箔表面愈粗糙，潤濕性愈好；當θ>90°時，固體表面愈粗糙，表面潤濕性愈差。隨著表面粗糙程度的增加，容易潤濕的表面變得更容易潤濕，而難潤濕的表面變得更難潤濕。
5.銅箔親水性的檢測標準
鋰離子電池生產企業(yè)對壓延銅箔的親水性檢驗是很簡單的，僅僅使用毛刷將純水在銅箔表面輕輕一刷，觀察有無水膜破裂現象出現。
6.銅箔親水性的影響因素
6.1銅箔親水性與銅箔表面粗糙度關系不明顯
6.2親水性與銅箔金相組織有關
通過掃描電鏡(SEM)可以發(fā)現，親水性好的銅箔，其晶粒細密，表面粗糙度相對較低。表面粗糙度低的生箔，經表面處理后其親水性仍舊良好。這主要由于電解銅箔的球團晶粒越細，其真實比表面積就越大；而表面粗糙度越大，其真實表面積反而越低，導致銅箔親水性降低。
6.3親水性與銅箔表面狀態(tài)、反應有關
如果將銅箔長時間地放置在空氣中，空氣中的非極性氣體分子N2、02、C02等會吸附于金屬表面，從而改變銅箔的親水性。例如將親水性良好的銅箔在空氣中暴露90min后其親水性明顯下降。這是由于比表面能高的金屬表面很容易被表面張力低的液體潤濕，因為潤濕的過程使體系的自由能下降。新金屬表面的比表面能都較高(銅的比表面能約為1.0J/m2，鋁和鋅的約為0.7-0.9J/m2)，但是如將銅箔表面尤其是新電解銅箔表面暴露在空氣中，則會吸附許多氣體分子而形成單分子吸附層。表面壓的存在明顯降低了銅箔表面的潤濕性。
除了非極性氣體分子外，銅箔表面還可能吸附空氣中的塵埃、有機油污，而使其疏水性增強。因此，對于鋰離子電池用銅箔的包裝必須采用真空包裝，減少銅箔表面的氧化，保持銅箔的親水性。
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