Apakah sifat hidrofilik kerajang kuprum untuk bateri litium-ion?

1. Konsep kerajang kuprum

Kerajang kuprum ialah bahan elektrolitik katod yang diperbuat daripada kuprum dan bahagian tertentu logam lain. Ia digunakan sebagai konduktor dan merupakan bahan penting untuk pembuatan lamina bersalut tembaga (CCL) dan papan litar bercetak (PCB). Kerajang tembaga mempunyai ciri oksigen permukaan yang rendah dan boleh dilekatkan pada pelbagai substrat, seperti logam, bahan penebat, dan lain-lain, dan mempunyai julat suhu yang luas. Maklumat elektronik dan bateri litium adalah bidang aplikasi arus perdana bagi kerajang tembaga. Berbanding dengan kerajang tembaga elektronik, kerajang tembaga bateri litium mempunyai keperluan prestasi yang lebih tinggi.

2. Pengelasan kerajang kuprum

Bateri litium biasanya hanya membezakan antara kerajang bergulung dan kerajang elektrolitik. Berikut adalah perbandingan proses penghasilan kerajang bergulung dan kerajang elektrolitik.

3. Keperluan prestasi kerajang kuprum untuk bateri litium-ion

Kerajang kuprum adalah pembawa bahan aktif elektrod negatif dalam bateri ion litium. Ia juga merupakan pengumpul dan pengalir elektron elektrod negatif. Oleh itu, ia mempunyai keperluan teknikal khas, iaitu, ia mesti mempunyai kekonduksian elektrik yang baik, permukaan boleh disalut sama rata dengan bahan elektrod negatif tanpa jatuh, dan ia mesti mempunyai rintangan kakisan yang baik.

Pada masa ini pelekat yang biasa digunakan seperti PVDF, SBR, PAA, dll., kekuatan ikatan mereka bukan sahaja bergantung pada sifat fizikal dan kimia pelekat itu sendiri, tetapi juga mempunyai hubungan yang hebat dengan ciri-ciri permukaan kerajang tembaga. Apabila kekuatan ikatan salutan cukup tinggi, ia boleh menghalang elektrod negatif daripada serbuk dan jatuh semasa kitaran pengecasan, atau mengelupas substrat akibat pengembangan dan penguncupan yang berlebihan, mengurangkan kadar pengekalan kapasiti kitaran. Sebaliknya, jika kekuatan ikatan tidak terlalu tinggi, apabila bilangan kitaran meningkat, rintangan dalaman bateri meningkat disebabkan oleh pengelupasan berat salutan, dan pengecilan kapasiti kitaran meningkat. Ini memerlukan kerajang kuprum untuk bateri ion litium mempunyai hidrofilik yang baik.

4. Prinsip hidrofilik kerajang kuprum

Seperti yang kita semua tahu, kerajang tembaga yang digulung dan kerajang tembaga elektrolitik bukan sahaja berbeza sepenuhnya dalam kaedah pengeluaran, tetapi yang lebih penting, struktur logam mereka juga berbeza sama sekali. Kajian telah menunjukkan bahawa puncak utama dalam corak pembelauan XRD kerajang kuprum elektrolitik dengan ketebalan kurang daripada 12μm ialah satah (111), dan satah (311) menunjukkan orientasi pilihan tertentu. Dengan peningkatan ketebalan kerajang kuprum, keamatan puncak pembelauan satah (220) Dengan penambahbaikan berterusan, keamatan pembelauan satah hablur lain secara beransur-ansur berkurangan. Apabila ketebalan kerajang kuprum mencapai 21μm, pekali tekstur satah kristal (220) mencapai 92%. Jelas sekali,

Air terdiri daripada atom hidrogen dan atom oksigen. Keelektronegatifan hidrogen ialah 2.1 dan keelektronegatifan oksigen ialah 3.5. Oleh itu, ikatan OH dalam molekul air adalah sangat kutub. Eksperimen menunjukkan bahawa sudut antara dua ikatan OH dalam molekul air ialah 104°45'. Momen dipol molekul air tidak sama dengan sifar, dan"Pusat graviti"daripada cas positif tidak bertepatan dengan"Pusat graviti"daripada cas negatif, supaya satu hujung atom hidrogen bercas positif, dan hujung atom oksigen bercas negatif, menunjukkan kekutuban yang kuat. Molekul air adalah molekul yang sangat polar.

Molekul kutub mempunyai pertalian tertentu kerana tarikan elektrostatik bersama mereka, jadi bahan yang terdiri daripada molekul kutub mesti mempunyai pertalian dengan air. Sebarang bahan yang mempunyai pertalian dengan air dipanggil bahan hidrofilik. Garam bukan organik logam dan oksida logam adalah semua bahan dengan struktur kutub. Mereka mempunyai pertalian yang kuat dengan air, jadi mereka semua adalah bahan hidrofilik.

Struktur molekul beberapa bahan adalah simetri dan oleh itu tidak polar. Molekul bukan polar mempunyai pertalian untuk molekul bukan kutub, tetapi tidak mempunyai pertalian untuk molekul polar. Ini adalah kesimpulan berdasarkan prinsip pembubaran bersama bahan dengan struktur yang serupa. Bahan yang terdiri daripada molekul bukan kutub, yang molekulnya tidak mempunyai pertalian dengan molekul air, dipanggil bahan hidrofobik.

Dalam kimia organik,"minyak"ialah istilah umum untuk cecair organik bukan kutub, jadi bahan hidrofobik mesti mempunyai sifat lipofilik. Beberapa kumpulan berfungsi polar, seperti hidroksil (-OH), amino (-NH2), karboksil (-COOH), karbonil (-COH), nitro (-NO2), dan lain-lain, dimasukkan ke dalam bahan hidrofobik untuk menjadikannya mempunyai Kekutuban tertentu dan oleh itu hidrofilik. Apa yang dipanggil hidrofilik ialah penerangan ringkas tentang pertalian bahan dengan air; untuk bahan pepejal, hidrofiliknya biasanya dipanggil kebolehbasahan.

Mengenai sudut pembasahan, sudut sentuhan θ antara logam dan air biasanya kurang daripada 90°, jadi semakin kasar permukaan kerajang tembaga, semakin baik kebolehbasahan; apabila θ>90°, semakin kasar permukaan pepejal, semakin teruk kebolehbasahan permukaan. Apabila kekasaran permukaan meningkat, permukaan yang mudah dibasahi menjadi lebih mudah dibasahi, dan permukaan yang sukar dibasahi menjadi lebih sukar untuk dibasahi.

5. Piawaian ujian untuk hidrofilisiti kerajang kuprum

Pengeluar bateri litium-ion sangat mudah untuk menguji hidrofilisiti kerajang kuprum yang digulung. Mereka hanya menggunakan berus untuk menyikat air tulen secara perlahan-lahan pada permukaan kerajang kuprum untuk memerhati sama ada terdapat sebarang pecahan filem air.

6. Faktor-faktor yang mempengaruhi hidrofilisiti kerajang kuprum

6.1 Hubungan antara hidrofilik kerajang kuprum dan kekasaran permukaan kerajang kuprum tidak jelas.

6.2 Hidrofilisiti berkaitan dengan struktur metalografi kerajang kuprum

Pengimbasan mikroskop elektron (SEM) menunjukkan bahawa kerajang kuprum dengan hidrofilik yang baik mempunyai butiran halus dan kekasaran permukaan yang agak rendah. Kerajang mentah dengan kekasaran permukaan yang rendah mempunyai hidrofilik yang baik selepas rawatan permukaan. Ini disebabkan terutamanya oleh lebih halus butiran pelet kerajang kuprum elektrolitik, semakin besar luas permukaan spesifiknya yang sebenar; dan semakin besar kekasaran permukaan, semakin rendah luas permukaan sebenar, yang membawa kepada penurunan dalam hidrofilik kerajang tembaga.

6.3 Hidrofilisiti berkaitan dengan keadaan permukaan dan tindak balas kerajang kuprum

Jika kerajang kuprum diletakkan di udara untuk masa yang lama, molekul gas bukan kutub N2, 02, CO2 di udara akan terjerap pada permukaan logam, dengan itu mengubah hidrofilik kerajang tembaga. Sebagai contoh, selepas mendedahkan kerajang kuprum dengan hidrofilik yang baik ke udara selama 90 minit, hidrofiliknya berkurangan dengan ketara. Ini kerana permukaan logam dengan tenaga permukaan spesifik yang tinggi mudah dibasahi oleh cecair dengan tegangan permukaan yang rendah, kerana proses pembasahan mengurangkan tenaga bebas sistem. Tenaga permukaan khusus permukaan logam baru adalah lebih tinggi (tenaga permukaan khusus kuprum adalah kira-kira 1.0 J/m2, dan aluminium dan zink adalah kira-kira 0.7-0.9 J/m2), tetapi jika permukaan kerajang kuprum adalah terutamanya permukaan kerajang kuprum elektrolitik baru Apabila terdedah kepada udara, ia akan menyerap banyak molekul gas untuk membentuk satu lapisan penjerapan molekul. Kehadiran tekanan permukaan dengan ketara mengurangkan kebolehbasahan permukaan kerajang kuprum.

Sebagai tambahan kepada molekul gas bukan kutub, permukaan kerajang kuprum juga boleh menyerap habuk dan minyak organik di udara, menjadikannya lebih hidrofobik. Oleh itu, pembungkusan kerajang tembaga untuk bateri ion litium mesti menggunakan pembungkusan vakum untuk mengurangkan pengoksidaan permukaan kerajang kuprum dan mengekalkan hidrofilik kerajang tembaga.