锂离子电池用铜箔的亲水性是什么？

1.铜箔的概念

铜箔是由铜和一定比例的其他金属制成的阴极电解材料。它用作导体，是制造覆铜层压板（CCL）和印刷电路板（PCB）的重要材料。铜箔的表面氧特性低，可以粘贴在金属，绝缘材料等各种基材上，温度范围广。电子信息和锂电池是铜箔的主流应用领域。与电子铜箔相比，锂电池铜箔对性能的要求更高。

2.铜箔的分类

锂电池通常只能区分卷箔和电解箔。以下是轧制箔和电解箔的生产工艺的比较。

3.锂离子电池用铜箔的性能要求

铜箔都是锂离子电池中负极活性物质的载体。它也是负极电子的集电极和导体。因此，它具有特殊的技术要求，即必须具有良好的导电性，可以在表面均匀地涂覆负极材料而不会脱落，并且必须具有良好的耐腐蚀性。

目前常用的粘合剂，例如PVDF，SBR，PAA等，它们的粘合强度不仅取决于粘合剂本身的物理和化学性质，而且与铜箔的表面特性有很大的关系。当涂层的结合强度足够高时，可以防止负极在充电周期中粉化和掉落，或防止由于过度的膨胀和收缩而使基材剥离，从而降低循环容量保持率。相反，如果粘合强度不太高，则随着循环次数的增加，由于涂层的严重剥离，电池的内阻增加，并且循环容量衰减增加。这需要用于锂离子电池的铜箔具有良好的亲水性。

4.铜箔的亲水性原理

众所周知，轧制铜箔和电解铜箔不仅生产方法完全不同，而且更重要的是，它们的金属结构也完全不同。研究表明，厚度小于12μm的电解铜箔的XRD衍射图中的主峰为（111）平面，（311）平面表现出一定的优选取向。随着铜箔厚度的增加，（220）面的衍射峰强度随着不断提高，其他晶面的衍射强度逐渐降低。当铜箔的厚度达到21μm时，（220）晶面的织构系数达到92％。明显，

水由氢原子和氧原子组成。氢的电负性为2.1，氧的电负性为3.5。因此，水分子中的OH键是非常极性的。实验表明，水分子中两个OH键之间的夹角为104°45'。水分子的偶极矩不等于零，且正电荷的“重心”与负电荷的“重心”不一致，因此氢原子的一端带正电荷，氧原子的末端带负电，显示强极性。水分子是非常极性的分子。

极性分子由于相互之间的静电吸引而具有一定的亲和力，因此由极性分子组成的物质必须对水具有亲和力。对水具有亲和力的任何物质称为亲水性物质。金属无机盐和金属氧化物都是具有极性结构的物质。它们与水具有很强的亲和力，因此它们都是亲水性物质。

一些物质的分子结构是对称的，因此不是极性的。非极性分子对非极性分子具有亲和力，但是对极性分子没有亲和力。这是基于具有相似结构的物质相互溶解的原理得出的结论。由非极性分子组成的物质（其分子与水分子无亲和力）被称为疏水性物质。

在有机化学中，“油”是非极性有机液体的总称，因此疏水性物质必须具有亲脂性。将一些极性官能团（例如羟基（-OH），氨基（-NH2），羧基（-COOH），羰基（-COH），硝基（-NO2）等）引入疏水性物质中，使其具有一定的极性，因此具有亲水性。所谓亲水性是对物质与水的亲和力的简单描述。对于固体物质，其亲水性通常称为润湿性。

关于润湿角，金属与水之间的接触角θ通常小于90°，​​因此铜箔表面越粗糙，润湿性越好。当θ＞ 90°时，固体表面越粗糙，则表面润湿性越差。随着表面粗糙度的增加，易于润湿的表面变得更容易润湿，而难以润湿的表面变得更加难以润湿。

5.铜箔亲水性测试标准

锂离子电池制造商非常容易测试轧制铜箔的亲水性。他们只用刷子在铜箔表面轻轻刷纯净水，观察是否有水膜破裂。

6.影响铜箔亲水性的因素

6.1铜箔的亲水性与铜箔表面粗糙度之间的关系不明显

6.2亲水性与铜箔的金相结构有关

扫描电子显微镜（SEM）表明，具有良好亲水性的铜箔具有细晶粒和相对较低的表面粗糙度。表面粗糙度低的生箔在表面处理后具有良好的亲水性。这主要是由于电解铜箔的颗粒越细，其实际比表面积就越大。表面粗糙度越大，其实际表面积越小，从而导致铜箔的亲水性降低。

6.3亲水性与铜箔的表面状态和反应有关

如果将铜箔长时间放置在空气中，空气中的非极性气体分子N2，O2，CO2将被吸附在金属表面，从而改变铜箔的亲水性。例如，将具有良好亲水性的铜箔在空气中暴露90分钟后，其亲水性显着降低。这是因为具有高比表面能的金属表面容易被具有低表面张力的液体润湿，因为润湿过程降低了系统的自由能。新金属表面的比表面能较高（铜的比表面能约为1.0 J / m2，铝和锌的比表面能约为0.7-0.9 J / m2），但如果铜箔的表面为特别是新电解铜箔的表面当暴露在空气中时，它会吸附许多气体分子，形成一个单分子吸附层。表面压力的存在显着降低了铜箔表面的润湿性。

除非极性气体分子外，铜箔的表面还可能吸收空气中的灰尘和有机油，使其更具疏水性。因此，用于锂离子电池的铜箔的包装必须采用真空包装以减少铜箔表面的氧化并保持铜箔的亲水性。