Milyen hidrofil tulajdonságokkal rendelkezik a rézfólia lítium-ion akkumulátorokhoz?

1. A rézfólia fogalma

A rézfólia egy katód-elektrolitikus anyag, amely rézből és bizonyos arányban más fémekből készül. Vezetőként használják, és fontos anyag a rézborítású laminátumok (CCL) és nyomtatott áramköri lapok (PCB) gyártásához. A rézfólia alacsony felületi oxigénjellemzőkkel rendelkezik, és különféle hordozókhoz, például fémekhez, szigetelőanyagokhoz stb. rögzíthető, és széles hőmérsékleti tartományban van. Az elektronikus információ és a lítium akkumulátorok a rézfólia fő alkalmazási területei. Az elektronikus rézfóliához képest a lítium akkumulátoros rézfóliának nagyobb teljesítménykövetelményei vannak.

2. A rézfólia osztályozása

A lítium akkumulátorok általában csak a hengerelt fóliát és az elektrolitfóliát különböztetik meg. Az alábbiakban a hengerelt fólia és az elektrolitikus fólia gyártási folyamatának összehasonlítását mutatjuk be.

3. A lítium-ion akkumulátorok rézfóliájának teljesítménykövetelményei

A rézfólia a negatív elektródák aktív anyagainak hordozója a lítium-ion akkumulátorokban. A negatív elektródák elektronjainak gyűjtője és vezetője is. Ezért speciális műszaki követelményei vannak, azaz jó elektromos vezetőképességgel kell rendelkeznie, a felülete egyenletesen, leesés nélkül bevonható a negatív elektróda anyagával, és jó korrózióállóságúnak kell lennie.

A jelenleg általánosan használt ragasztók, mint a PVDF, SBR, PAA, stb., kötési szilárdságuk nemcsak magának a ragasztónak a fizikai és kémiai tulajdonságaitól függ, hanem a rézfólia felületi jellemzőivel is nagy összefüggésben van. Ha a bevonat kötési szilárdsága elég magas, megakadályozhatja a negatív elektróda porosodását és leesését a töltési ciklus során, vagy a hordozó túlzott tágulása és összehúzódása miatti leválását, csökkentve a ciklus kapacitásának megtartási arányát. Ezzel szemben, ha a kötési szilárdság nem túl nagy, a ciklusok számának növekedésével a bevonat erős leválása miatt megnő az akkumulátor belső ellenállása, és nő a cikluskapacitás csillapítása. Ehhez rézfóliára van szükség, hogy a lítium-ion akkumulátorok jó hidrofilitásúak legyenek.

4. A rézfólia hidrofilségének elve

Mint azt mindannyian tudjuk, a hengerelt rézfólia és az elektrolitikus rézfólia nemcsak a gyártási módszerekben különbözik teljesen, de ami még fontosabb, a fémszerkezetük is teljesen más. Tanulmányok kimutatták, hogy a 12 μm-nél kisebb vastagságú elektrolitikus rézfólia XRD diffrakciós mintájában a fő csúcs a (111) sík, és a (311) sík egy bizonyos preferált orientációt mutat. A rézfólia vastagságának növekedésével a (220) sík diffrakciós csúcsintenzitása Folyamatos javulással a többi kristálysík diffrakciós intenzitása fokozatosan csökken. Amikor a rézfólia vastagsága eléri a 21 μm-t, a (220) kristálysík textúra együtthatója eléri a 92%-ot. Magától értetődően,

A víz hidrogénatomokból és oxigénatomokból áll. A hidrogén elektronegativitása 2,1, az oxigén elektronegativitása 3,5. Ezért a vízmolekulák OH-kötése nagyon poláris. A kísérletek azt mutatják, hogy a vízmolekulában a két OH-kötés közötti szög 104°45'. A vízmolekula dipólusmomentuma nem egyenlő nullával, és a"gravitáció középpontja"a pozitív töltés nem esik egybe a"gravitáció középpontja"a negatív töltésű, így a hidrogénatom egyik vége pozitív töltésű, az oxigénatomé pedig negatív töltésű, erős polaritást mutatva. A vízmolekulák nagyon poláris molekulák.

A poláris molekulák bizonyos affinitással rendelkeznek a kölcsönös elektrosztatikus vonzásuk miatt, ezért a poláris molekulákból álló anyagoknak affinitással kell rendelkezniük a vízhez. Minden olyan anyagot, amelynek affinitása van a vízhez, hidrofil anyagnak nevezzük. A szervetlen fémsók és fém-oxidok mind poláris szerkezetű anyagok. Erős affinitásuk van a vízzel, így mindegyik hidrofil anyag.

Egyes anyagok molekulaszerkezete szimmetrikus, ezért nem poláris. A nem poláris molekulák affinitást mutatnak a nem poláris molekulákhoz, de nincs affinitásuk a poláris molekulákhoz. Ez a következtetés a hasonló szerkezetű anyagok kölcsönös oldódásának elvén alapul. A nem poláris molekulákból álló anyagot, amelynek molekulái nem mutatnak affinitást a vízmolekulákhoz, hidrofób anyagnak nevezzük.

A szerves kémiában,"olaj"a nem poláris szerves folyadékok általános kifejezése, ezért a hidrofób anyagoknak lipofil tulajdonságokkal kell rendelkezniük. Egyes poláris funkciós csoportokat, például hidroxil- (-OH), aminocsoportot (-NH2), karboxilcsoportot (-COOH), karbonilcsoportot (-COH), nitrocsoportot (-NO2) stb. visznek be a hidrofób anyagokba, hogy azok összetételük legyen. bizonyos polaritás és ezért hidrofilitás. Az úgynevezett hidrofilitás egy anyag vízhez való affinitásának egyszerű leírása; szilárd anyagok esetében annak hidrofilitását általában nedvesíthetőségnek nevezik.

Ami a nedvesítési szöget illeti, a fém és a víz közötti θ érintkezési szög általában kisebb, mint 90°, tehát minél durvább a rézfólia felülete, annál jobb a nedvesíthetőség; amikor θ>90°, minél durvább a szilárd felület, annál rosszabb a felület nedvesíthetősége. A felületi érdesség növekedésével a könnyen nedvesíthető felület könnyebben, a nehezen nedvesíthető felület pedig nehezebben nedvesíthető.

5. Vizsgálati szabvány a rézfólia hidrofilitására

A lítium-ion akkumulátorgyártók nagyon egyszerűen tesztelhetik a hengerelt rézfólia hidrofilitását. Csak egy kefével finoman ecsetelnek tiszta vizet a rézfólia felületére, hogy megfigyeljék, nincs-e vízfilm szakadás.

6. A rézfólia hidrofilitását befolyásoló tényezők

6.1 A rézfólia hidrofilitása és a rézfólia felületi érdessége közötti kapcsolat nem egyértelmű

6.2 A hidrofilitás a rézfólia metallográfiai szerkezetével kapcsolatos

A pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) azt mutatja, hogy a jó hidrofilitású rézfólia finom szemcsékkel és viszonylag alacsony felületi érdességgel rendelkezik. Az alacsony felületi érdességû nyers fólia felületkezelés után jó hidrofilitású. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy minél finomabbak az elektrolitikus rézfólia pelletszemcséi, annál nagyobb a valós fajlagos felülete; és minél nagyobb a felületi érdesség, annál kisebb a valós felülete, ami a rézfólia hidrofilitásának csökkenéséhez vezet.

6.3 A hidrofilitás a rézfólia felületi állapotától és reakciójától függ

Ha a rézfóliát hosszabb ideig a levegőben helyezzük, akkor a levegőben lévő N2, 02, CO2 nem poláris gázmolekulák adszorbeálódnak a fém felületén, ezáltal megváltozik a rézfólia hidrofilitása. Például, miután egy jó hidrofilitású rézfóliát 90 percig a levegőnek tesszük ki, a hidrofilitása jelentősen csökken. A nagy fajlagos felületi energiájú fémfelületeket ugyanis az alacsony felületi feszültségű folyadékok könnyen átnedvesítik, mivel a nedvesítési folyamat csökkenti a rendszer szabadenergiáját. Az új fémfelület fajlagos felületi energiája nagyobb (a réz fajlagos felületi energiája kb. 1,0 J/m2, az alumíniumé és a cinké kb. 0,7-0,9 J/m2), de ha a rézfólia felülete kb. különösen az új elektrolitikus rézfólia felülete Levegő hatásának kitéve, sok gázmolekulát adszorbeál, hogy egyetlen molekula adszorpciós réteget képezzen. A felületi nyomás jelenléte jelentősen csökkenti a rézfólia felületének nedvesíthetőségét.

A nem poláris gázmolekulák mellett a rézfólia felülete a levegőben lévő port és szerves olajat is felszívhatja, így hidrofóbabbá válik. Ezért a lítium-ion akkumulátorok rézfóliájának csomagolásának vákuumcsomagolást kell alkalmaznia a rézfólia felületének oxidációjának csökkentése és a rézfólia hidrofilitásának megőrzése érdekében.