リチウムイオン電池用銅箔の親水性とは？

1.銅箔の概念

銅箔は、銅と他の金属の特定の割合で作られた陰極電解材料です。導体として使用され、銅張積層板（CCL）およびプリント回路基板（PCB）の製造にとって重要な材料です。銅箔は表面酸素特性が低く、金属や絶縁材料などのさまざまな基板に取り付けることができ、温度範囲が広い。電子情報とリチウム電池は、銅箔の主流の応用分野です。電子銅箔と比較して、リチウム電池銅箔はより高い性能要件を持っています。

2.銅箔の分類

リチウム電池は通常、圧延箔と電解箔のみを区別します。以下は、圧延箔と電解箔の製造工程の比較です。

3.リチウムイオン電池用銅箔の性能要件

銅箔は、リチウムイオン電池の負極活物質のキャリアです。また、負極電子のコレクターおよび導体でもあります。したがって、特別な技術的要件があります。つまり、優れた導電性、表面が脱落することなく負極材料で均一にコーティングでき、優れた耐食性を備えている必要があります。

PVDF、SBR、PAAなどの現在一般的に使用されている接着剤は、接着強度自体の物理的および化学的特性に依存するだけでなく、銅箔の表面特性とも大きな関係があります。コーティングの接着強度が十分に高い場合、充電サイクル中に負極が粉末化して脱落したり、過度の膨張と収縮によって基板が剥がれたりするのを防ぎ、サイクル容量の保持率を低下させる可能性があります。逆に、接着強度が高すぎない場合は、サイクル数が増えると、コーティングが大きく剥がれるためにバッテリーの内部抵抗が増加し、サイクル容量の減衰が増加します。これには、リチウムイオン電池用の銅箔が良好な親水性を有することが必要です。

4.銅箔の親水性の原理

ご存知のように、圧延銅箔と電解銅箔は製造方法が完全に異なるだけでなく、さらに重要なことに、それらの金属構造も完全に異なります。厚さ12μm未満の電解銅箔のXRD回折パターンの主なピークは（111）面であり、（311）面は特定の優先配向を示すことが研究によって示されています。銅箔の厚さが増すと、（220）面の回折ピーク強度は継続的に改善され、他の結晶面の回折強度は徐々に低下します。銅箔の厚さが21μmに達すると、（220）結晶面のテクスチャ係数は92％に達します。明らかに、

水は水素原子と酸素原子で構成されています。水素の電気陰性度は2.1で、酸素の電気陰性度は3.5です。したがって、水分子のOH結合は非常に極性があります。実験によると、水分子の2つのOH結合間の角度は104°45 'です。水分子の双極子モーメントはゼロに等しくなく、正電荷の「重心」は負電荷の「重心」と一致しないため、水素原子の一端は正に帯電しています。 、および酸素原子の端は負に帯電しており、強い極性を示しています。水分子は非常に極性の高い分子です。

極性分子は相互の静電引力により一定の親和性を持っているため、極性分子で構成される物質は水との親和性が必要です。水に親和性のある物質は、親水性物質と呼ばれます。金属無機塩と金属酸化物はすべて極性構造を持つ物質です。水との親和性が高いため、すべて親水性物質です。

一部の物質の分子構造は対称的であるため、極性がありません。非極性分子は非極性分子に親和性がありますが、極性分子には親和性がありません。これは、類似した構造を持つ物質の相互溶解の原理に基づく結論です。水分子との親和性がない非極性分子からなる物質を疎水性物質と呼びます。

有機化学では、「油」は非極性有機液体の総称であるため、疎水性物質は親油性を備えている必要があります。ヒドロキシル（-OH）、アミノ（-NH2）、カルボキシル（-COOH）、カルボニル（-COH）、ニトロ（-NO2）などのいくつかの極性官能基は、疎水性物質に導入されて、特定の極性、したがって親水性。いわゆる親水性は、物質の水への親和性の簡単な説明です。固体物質の場合、その親水性は一般に濡れ性と呼ばれます。

ぬれ角に関しては、金属と水の接触角θは一般に90°未満であるため、銅箔の表面が粗いほど濡れ性は良くなります。θ> 90°の場合、固体表面が粗いほど、表面の濡れ性は悪くなります。表面粗さが大きくなると、濡れやすい表面が濡れやすくなり、濡れにくい表面が濡れにくくなります。

5.銅箔の親水性の試験基準

リチウムイオン電池メーカーは、圧延銅箔の親水性をテストするのが非常に簡単です。銅箔の表面にブラシを使って純水をやさしく磨き、水膜の破裂がないか観察するだけです。

6.銅箔の親水性に影響を与える要因

6.1銅箔の親水性と銅箔の表面粗さの関係は明らかではありません

6.2親水性は銅箔の金属組織構造に関連しています

走査型電子顕微鏡（SEM）は、親水性の良い銅箔は粒子が細かく、表面粗さが比較的小さいことを示しています。表面粗さが小さい生箔は、表面処理後の親水性が良好です。これは主に、電解銅箔のペレット粒子が細かいほど、その実際の比表面積が大きくなるためです。表面粗さが大きいほど、実際の表面積が小さくなり、銅箔の親水性が低下します。

6.3親水性は銅箔の表面状態と反応に関係しています

銅箔を長時間空気中に置くと、空気中の無極性ガス分子N2、02、CO2が金属表面に吸着し、銅箔の親水性が変化します。たとえば、親水性の良い銅箔を空気に90分間さらすと、親水性が大幅に低下します。これは、高い比表面エネルギーを持つ金属表面は、濡れプロセスによってシステムの自由エネルギーが減少するため、低い表面張力を持つ液体によって簡単に濡れられるためです。新しい金属表面の比表面エネルギーは高くなりますが（銅の比表面エネルギーは約1.0 J / m2、アルミニウムと亜鉛の比表面エネルギーは約0.7〜0.9 J / m2）、銅箔の表面が特に新しい電解銅箔の表面空気にさらされると、それは多くのガス分子を吸着して単一分子吸着層を形成します。表面圧力が存在すると、銅箔表面の濡れ性が大幅に低下します。

非極性ガス分子に加えて、銅箔の表面は空気中のほこりや有機油を吸収し、疎水性を高める可能性があります。したがって、リチウムイオン電池用の銅箔の包装は、銅箔表面の酸化を低減し、銅箔の親水性を維持するために真空包装を採用する必要があります。