Mikä on litiumioniakkujen kuparifolion hydrofiilinen ominaisuus?

1. Kuparifolion käsite

Kuparifolio on katodielektrolyyttimateriaali, joka on valmistettu kuparista ja tietystä osasta muita metalleja. Sitä käytetään johtimena ja se on tärkeä materiaali kuparipäällysteisten laminaattien (CCL) ja painettujen piirilevyjen (PCB) valmistuksessa. Kuparifoliolla on alhaiset pinnan happiominaisuudet, ja se voidaan kiinnittää erilaisiin substraatteihin, kuten metalleihin, eristysmateriaaleihin jne., ja sillä on laaja lämpötila-alue. Elektroninen tieto ja litiumparistot ovat kuparifolion yleisimpiä sovellusalueita. Verrattuna elektroniseen kuparifolioon litiumakun kuparikalvolla on korkeammat suorituskykyvaatimukset.

2. Kuparifolion luokitus

Litiumakut erottavat yleensä vain rullatun kalvon ja elektrolyyttisen kalvon. Seuraavassa on vertailu valssatun kalvon ja elektrolyyttisen kalvon tuotantoprosessista.

3. Litiumioniakkujen kuparikalvon suorituskykyvaatimukset

Kuparifolio on sekä negatiivisten elektrodien aktiivisten materiaalien kantaja litiumioniakuissa. Se on myös negatiivisten elektrodien elektronien kerääjä ja johdin. Siksi sillä on erityiset tekniset vaatimukset, eli sillä on oltava hyvä sähkönjohtavuus, pinta voidaan pinnoittaa tasaisesti negatiivisella elektrodimateriaalilla putoamatta ja sillä on oltava hyvä korroosionkestävyys.

Nykyään yleisesti käytetyt liimat, kuten PVDF, SBR, PAA jne., niiden sidoslujuus ei riipu ainoastaan ​​itse liiman fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista, vaan niillä on myös suuri suhde kuparikalvon pintaominaisuuksiin. Kun pinnoitteen sidoslujuus on riittävän korkea, se voi estää negatiivista elektrodia jauheutumasta ja putoamasta latausjakson aikana tai irtoamasta alustaa liiallisen laajenemisen ja supistumisen vuoksi, mikä vähentää syklin kapasiteetin säilymisnopeutta. Kääntäen, jos sidoslujuus ei ole liian korkea, jaksojen lukumäärän kasvaessa akun sisäinen vastus kasvaa pinnoitteen voimakkaan kuoriutumisen vuoksi ja syklin kapasiteetin vaimennus kasvaa. Tämä vaatii kuparifoliota, jotta litiumioniakuilla olisi hyvä hydrofiilisyys.

4. Kuparifolion hydrofiilisyysperiaate

Kuten me kaikki tiedämme, valssattu kuparifolio ja elektrolyyttinen kuparifolio eivät ole vain täysin erilaisia ​​​​tuotantomenetelmissä, vaan mikä tärkeintä, niiden metallirakenteet ovat myös täysin erilaisia. Tutkimukset ovat osoittaneet, että alle 12 μm:n paksuisen elektrolyyttisen kuparikalvon XRD-diffraktiokuviossa pääpiikki on (111)-taso ja (311)-taso osoittaa tietyn edullisen suunnan. Kuparikalvon paksuuden kasvaessa (220) tason diffraktiohuippuintensiteetti Jatkuvan parannuksen myötä muiden kidetasojen diffraktiointensiteetti pienenee asteittain. Kun kuparikalvon paksuus saavuttaa 21 μm, (220) kidetason rakennekerroin saavuttaa 92 %. Ilmeisesti

Vesi koostuu vetyatomeista ja happiatomeista. Vedyn elektronegatiivisuus on 2,1 ja hapen elektronegatiivisuus on 3,5. Siksi vesimolekyyleissä oleva OH-sidos on erittäin polaarinen. Kokeet osoittavat, että vesimolekyylin kahden OH-sidoksen välinen kulma on 104°45'. Vesimolekyylin dipolimomentti ei ole nolla, ja"Painovoiman keskipiste"positiivisen varauksen määrä ei ole sama kuin"Painovoiman keskipiste"negatiivisesta varauksesta niin, että vetyatomin toinen pää on positiivisesti varautunut ja happiatomin pää on negatiivisesti varautunut osoittaen vahvaa polaarisuutta. Vesimolekyylit ovat hyvin polaarisia molekyylejä.

Polaarisilla molekyyleillä on tietty affiniteetti niiden keskinäisen sähköstaattisen vetovoiman vuoksi, joten polaarisista molekyyleistä koostuvilla aineilla on oltava affiniteetti veteen. Mitä tahansa ainetta, jolla on affiniteetti veteen, kutsutaan hydrofiiliseksi aineeksi. Metallien epäorgaaniset suolat ja metallioksidit ovat kaikki aineita, joilla on polaarinen rakenne. Niillä on vahva affiniteetti veteen, joten ne ovat kaikki hydrofiilisiä aineita.

Joidenkin aineiden molekyylirakenne on symmetrinen eikä siksi ole polaarinen. Ei-polaarisilla molekyyleillä on affiniteettia ei-polaarisiin molekyyleihin, mutta niillä ei ole affiniteettia polaarisiin molekyyleihin. Tämä johtopäätös perustuu rakenteeltaan samanlaisten aineiden keskinäisen liukenemisen periaatteeseen. Ei-polaarisista molekyyleistä koostuvaa ainetta, jonka molekyyleillä ei ole affiniteettia vesimolekyyleihin, kutsutaan hydrofobiseksi aineeksi.

Orgaanisessa kemiassa"öljy"on yleinen termi ei-polaarisille orgaanisille nesteille, joten hydrofobisilla aineilla on oltava lipofiilisiä ominaisuuksia. Joitakin polaarisia funktionaalisia ryhmiä, kuten hydroksyyli (-OH), amino (-NH2), karboksyyli (-COOH), karbonyyli (-COH), nitro (-NO2) jne., lisätään hydrofobisiin aineisiin, jotta niillä on tietty napaisuus ja siten hydrofiilisyys. Niin kutsuttu hydrofiilisyys on yksinkertainen kuvaus aineen affiniteetista veteen; kiinteillä aineilla sen hydrofiilisyyttä kutsutaan yleisesti kostuvuudeksi.

Kostutuskulman suhteen metallin ja veden välinen kosketuskulma θ on yleensä alle 90°, joten mitä karkeampi kuparikalvon pinta on, sitä parempi kostuvuus; kun θ>90°, mitä karkeampi kiinteä pinta on, sitä huonompi pinnan kostuvuus. Pinnan karheuden kasvaessa helposti kastuva pinta helpottuu ja vaikeasti kostuva pinta vaikeampi kostua.

5. Testistandardi kuparifolion hydrofiilisuudelle

Litiumioniakkujen valmistajat ovat erittäin yksinkertaisia ​​testaamaan valssatun kuparifolion hydrofiilisyyttä. He käyttävät vain harjaa puhtaan veden harjaamiseen varovasti kuparikalvon pinnalle tarkkaillakseen, onko vesikalvo repeytynyt.

6. Kuparifolion hydrofiilisyyteen vaikuttavat tekijät

6.1 Kuparifolion hydrofiilisyyden ja kuparifolion pinnan karheuden välinen suhde ei ole ilmeinen

6.2 Hydrofiilisyys liittyy kuparifolion metallografiseen rakenteeseen

Pyyhkäisyelektronimikroskooppi (SEM) osoittaa, että kuparifoliolla, jolla on hyvä hydrofiilisyys, on hienojakoisia rakeita ja suhteellisen alhainen pinnan karheus. Alhaisen pinnan karheuden omaavalla raakakalvolla on hyvä hydrofiilisyys pintakäsittelyn jälkeen. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että mitä hienompaa on elektrolyyttisen kuparikalvon pellettirakeet, sitä suurempi on sen todellinen ominaispinta-ala; ja mitä suurempi on pinnan karheus, sitä pienempi on sen todellinen pinta-ala, mikä johtaa kuparikalvon hydrofiilisyyden vähenemiseen.

6.3 Hydrofiilisyys liittyy kuparifolion pintatilaan ja reaktioon

Jos kuparikalvoa asetetaan ilmaan pitkäksi aikaa, ilmassa olevat ei-polaariset kaasumolekyylit N2, 02, CO2 adsorboituvat metallipinnalle, mikä muuttaa kuparikalvon hydrofiilisyyttä. Esimerkiksi, kun kuparikalvo, jolla on hyvä hydrofiilisyys, on altistettu ilmalle 90 minuutin ajan, sen hydrofiilisyys laskee merkittävästi. Tämä johtuu siitä, että suuren ominaispintaenergian omaavat metallipinnat kastuvat helposti matalan pintajännityksen nesteillä, koska kostutusprosessi vähentää järjestelmän vapaata energiaa. Uuden metallipinnan ominaispintaenergia on suurempi (kuparin ominaispintaenergia on noin 1,0 J/m2 ja alumiinin ja sinkin noin 0,7-0,9 J/m2), mutta jos kuparikalvon pinta on erityisesti uuden elektrolyyttisen kuparifolion pinta Altistuessaan ilmalle, se adsorboi monia kaasumolekyylejä muodostaen yhden molekyylin adsorptiokerroksen. Pintapaineen läsnäolo vähentää merkittävästi kuparikalvopinnan kostuvuutta.

Ei-polaaristen kaasumolekyylien lisäksi kuparifolion pinta voi myös imeä pölyä ja orgaanista öljyä ilmasta, mikä tekee siitä hydrofobisemman. Siksi litiumioniakkujen kuparifolion pakkauksissa on käytettävä tyhjiöpakkausta kuparikalvon pinnan hapettumisen vähentämiseksi ja kuparifolion hydrofiilisyyden ylläpitämiseksi.