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 hőmérséklet-tartományban rendelkezik. 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, vagyis 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 például 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 nem csak a gyártási módszerekben különbözik teljesen, de ami még fontosabb, a fémszerkezetük is teljesen más. A vizsgálatok kimutatták, hogy a 12 μm-nél kisebb vastagságú elektrolitikus rézfólia XRD diffrakciós mintájának fő csúcsa 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. Nyilvánvalóan szinte lehetetlen egyszerűen a gyártási folyamatra hagyatkozni, hogy ugyanolyan teljesítményt érjünk el, mint a hengerelt rézfóliánál.

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 pozitív töltés " gravitációs középpontjad" nem esik egybe a negatív töltés " gravitációs középpontjával d", így a hidrogénatom egyik vége pozitív töltésű, a vége pedig az oxigénatom negatív töltésű, erős polaritást mutat. A vízmolekulák nagyon poláris molekulák.

A poláris molekulák a kölcsönös elektrosztatikus vonzásuk miatt bizonyos affinitással rendelkeznek, ezért a poláris molekulákból álló anyagoknak affinitással kell rendelkezniük a vízhez. Minden olyan anyagot, amely 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 a "oild" a nem poláris szerves folyadékok általános kifejezése, tehát a hidrofób anyagoknak lipofil tulajdonságokkal kell rendelkezniük. Egyes poláris funkciós csoportokat, például hidroxil- (-OH), aminocsoportot (-NH2), karboxilcsoportot (-COOH), karbonilcsoportot (-COH), nitro-csoportot (-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; ha 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 különösen az új elektrolitikus rézfólia felülete Levegőnek kitéve sok gázmolekulát adszorbeál, így egyetlen molekula adszorpciós réteget alkot. 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 hidrofóbabb. Ezért a lítium-ion akkumulátorok rézfóliájának csomagolásának vákuumcsomagolást kell alkalmaznia a rézfólia felületének oxidációjának csökkentése és a rézfólia hidrofilitása megőrzése érdekében.