리튬 이온 배터리에 사용되는 구리 호일의 친수성은 무엇입니까?

1. 구리 호일의 개념

구리 호일은 구리와 일정 비율의 다른 금속으로 만들어진 음극 전해 재료입니다. 도체로 사용되며 구리 클래드 라미네이트(씨씨엘) 및 인쇄 회로 기판(인쇄 회로 기판) 제조에 중요한 재료입니다. 구리 호일은 표면 산소 특성이 낮고 금속, 절연 재료 등 다양한 기판에 부착할 수 있으며 온도 범위가 넓습니다. 전자 정보와 리튬 배터리는 구리 호일의 주류 응용 분야입니다. 전자 구리 호일에 비해 리튬 배터리 구리 호일은 성능 요구 사항이 더 높습니다.

2. 구리박의 분류

리튬 배터리는 일반적으로 압연 호일과 전해 호일만 구별합니다. 다음은 압연 호일과 전해 호일의 생산 공정을 비교한 것입니다.

3. 리튬이온전지용 구리호일의 성능요구사항

구리 호일은 리튬 이온 배터리의 음극 활성 물질의 캐리어입니다. 또한 음극 전자의 수집기이자 도체이기도 합니다. 따라서 특별한 기술적 요구 사항이 있습니다. 즉, 전기 전도성이 좋아야 하고, 표면이 떨어지지 않고 음극 재료로 고르게 코팅될 수 있어야 하며, 내식성이 좋아야 합니다.

현재 일반적으로 사용되는 피브이디에프(PVDF), 에스비알, 파아 등의 접착제는 그 접합 강도가 접착제 자체의 물리적, 화학적 특성에 따라 달라질 뿐만 아니라 구리 호일의 표면 특성과도 큰 관련이 있습니다. 코팅의 접합 강도가 충분히 높으면 충전 사이클 동안 음극이 가루화되어 떨어지거나 과도한 팽창 및 수축으로 인해 기판이 벗겨져 사이클 용량 유지율이 감소하는 것을 방지할 수 있습니다. 반대로 접합 강도가 너무 높지 않으면 사이클 수가 증가함에 따라 코팅이 심하게 벗겨져 배터리의 내부 저항이 증가하고 사이클 용량 감쇠가 증가합니다. 이를 위해 리튬 이온 배터리용 구리 호일은 우수한 친수성을 가져야 합니다.

4. 구리박의 친수성 원리

우리 모두가 알다시피, 압연 구리 호일과 전해 구리 호일은 생산 방법이 완전히 다를 뿐만 아니라, 더 중요한 것은 그들의 금속 구조도 완전히 다르다는 것입니다.연구에 따르면 두께가 12μm 미만인 전해 구리 호일의 XRD 회절 패턴에서 주요 피크는 (111) 면이고, (311) 면은 특정한 우선 배향을 보입니다.구리 호일의 두께가 증가함에 따라, (220) 면의 회절 피크 강도는 지속적으로 개선됨에 따라 다른 결정면의 회절 강도는 점차 감소합니다.구리 호일의 두께가 21μm에 도달하면, (220) 결정면의 조직 계수는 92%에 도달합니다.분명히, 단순히 생산 공정에만 의존하여 압연 구리 호일과 동일한 성능을 달성하는 것은 거의 불가능합니다.

물은 수소 원자와 산소 원자로 구성되어 있습니다. 수소의 전기 음성도는 2.1이고 산소의 전기 음성도는 3.5입니다. 따라서 물 분자의 오 결합은 매우 극성입니다. 실험 결과 물 분자의 두 오 결합 사이의 각도는 104°45'입니다. 물 분자의 쌍극자 모멘트는 0이 아니며 양전하의 "중심"가 음전하의 "중심"와 일치하지 않아 수소 원자의 한쪽 끝은 양전하를 띠고 산소 원자의 끝은 음전하를 띠어 강한 극성을 보입니다. 물 분자는 매우 극성 분자입니다.

극성 분자는 서로의 정전기적 인력으로 인해 일정한 친화력을 가지므로 극성 분자로 구성된 물질은 물에 대한 친화력을 가져야 합니다. 물에 대한 친화력을 가진 모든 물질을 친수성 물질이라고 합니다. 금속 무기염과 금속 산화물은 모두 극성 구조를 가진 물질입니다. 이들은 물과 강한 친화력을 가지고 있으므로 모두 친수성 물질입니다.

일부 물질의 분자 구조는 대칭적이어서 극성이 없습니다. 비극성 분자는 비극성 분자에 대한 친화력이 있지만 극성 분자에 대한 친화력이 없습니다. 이는 유사한 구조를 가진 물질의 상호 용해 원리에 따른 결론입니다. 물 분자에 대한 친화력이 없는 비극성 분자로 구성된 물질을 소수성 물질이라고 합니다.

유기화학에서 "oil"는 비극성 유기 액체의 일반 용어이므로 소수성 물질은 친유성 특성을 가져야 합니다. 하이드록실(-오), 아미노(-암모니아2), 카르복실(-쿠오), 카르보닐(-코흐), 니트로(-이오2) 등과 같은 일부 극성 작용기는 소수성 물질에 도입되어 특정 극성과 따라서 친수성을 갖도록 합니다. 소위 친수성은 물질과 물의 친화성을 간단히 설명한 것입니다. 고체 물질의 경우 친수성은 일반적으로 습윤성이라고 합니다.

젖음각에 관해서, 금속과 물 사이의 접촉각 θ는 일반적으로 90° 미만이므로 구리 호일 표면이 거칠수록 젖음성이 더 좋습니다. θ>90°일 때, 고체 표면이 거칠수록 표면 젖음성이 나빠집니다. 표면 거칠기가 증가함에 따라, 쉽게 젖을 수 있는 표면은 젖기가 더 쉬워지고, 젖기 어려운 표면은 젖기가 더 어려워집니다.

5. 구리박의 친수성 시험기준

리튬 이온 배터리 제조업체는 압연 구리 호일의 친수성을 테스트하는 것이 매우 간단합니다. 그들은 구리 호일 표면에 순수한 물을 가볍게 붓는 데 브러시만 사용하여 물막이 파열되었는지 관찰합니다.

6. 구리박의 친수성에 영향을 미치는 요인

6.1 구리박의 친수성과 구리박 표면 거칠기의 관계는 명확하지 않다.

6.2 친수성은 구리 호일의 금속조직과 관련이 있다

주사 전자 현미경(전자 현미경)을 통해 친수성이 좋은 구리 호일은 입자가 미세하고 표면 거칠기가 비교적 낮음을 알 수 있습니다. 표면 거칠기가 낮은 원료 호일은 표면 처리 후 친수성이 좋습니다. 이는 주로 전해 구리 호일의 펠릿 입자가 미세할수록 실제 비표면적이 커지고 표면 거칠기가 클수록 실제 표면적이 낮아져 구리 호일의 친수성이 감소하기 때문입니다.

6.3 친수성은 구리 호일의 표면 상태 및 반응과 관련이 있습니다.

구리 호일을 장시간 공기 중에 두면 공기 중의 비극성 가스 분자 N2, O2, CO2가 금속 표면에 흡착되어 구리 호일의 친수성이 변합니다. 예를 들어, 친수성이 좋은 구리 호일을 90분 동안 공기에 노출시킨 후 친수성이 크게 감소합니다. 이는 비표면 에너지가 높은 금속 표면이 표면 장력이 낮은 액체에 쉽게 젖기 때문이며, 젖음 공정이 시스템의 자유 에너지를 감소시키기 때문입니다. 새로운 금속 표면의 비표면 에너지는 더 높습니다(구리의 비표면 에너지는 약 1.0 J/m2이고 알루미늄과 아연의 비표면 에너지는 약 0.7-0.9 J/m2임). 그러나 구리 호일의 표면이 특히 새로운 전해 구리 호일의 표면이라면 공기에 노출되면 많은 가스 분자를 흡착하여 단일 분자 흡착층을 형성합니다. 표면 압력이 있으면 구리 호일 표면의 젖음성이 크게 감소합니다.

비극성 가스 분자 외에도 구리 호일 표면은 공기 중의 먼지와 유기 오일을 흡수하여 소수성을 높일 수 있습니다. 따라서 리튬 이온 배터리용 구리 호일 포장은 구리 호일 표면의 산화를 줄이고 구리 호일의 친수성을 유지하기 위해 진공 포장을 채택해야 합니다.