锂离子电池铜箔的亲水性能怎么样？

1、铜箔的概念

铜箔是由铜与一定比例的其他金属组成的阴极电解材料，用作导体，是制造覆铜板（CCL）、印刷电路板（PCB）的重要材料。铜箔具有表面氧含量低的特性，可贴附在金属、绝缘材料等多种基材上，使用温度范围较广。电子信息、锂电池是铜箔的主流应用领域，相比电子铜箔，锂电池铜箔的性能要求更高。

2、铜箔的分类

锂电池一般只区分压延箔和电解箔，下面就压延箔和电解箔的生产工艺进行对比。

3、锂离子电池对铜箔的性能要求

铜箔在锂离子电池中既是负极活性物质的载体，又是负极电子的收集器和导体，因此对其有特殊的技术要求，即要有良好的导电性、表面能均匀地涂覆负极材料而不脱落、要有良好的耐腐蚀性。

目前常用的胶粘剂如PVDF、SBR、PAA等，它们的粘结强度不仅取决于胶粘剂本身的理化性质，还与铜箔的表面特性有很大关系。当涂层粘结强度足够高时，可以防止充电循环过程中负极粉化脱落，或因膨胀收缩过大而与基材剥离，降低循环容量保持率。反之，如果粘结强度不太高，随着循环次数的增加，由于涂层剥离过重，电池内阻增大，循环容量衰减增大。这就要求锂离子电池用铜箔具有良好的亲水性。

4、铜箔亲水的原理

众所周知，压延铜箔与电解铜箔不仅生产方式完全不同，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XRD衍射图样中主峰为（111）面，（311）面表现出一定的择优取向，随着铜箔厚度的增加，（220）面的衍射峰强度不断提高，其它晶面的衍射强度逐渐减小。当铜箔厚度达到21μm时，（220）晶面的织构系数达到92%。显然，单纯依靠生产工艺想要达到与压延铜箔同等的性能几乎是不可能的。

水是由氢原子和氧原子构成的，氢的电负性为2.1，氧的电负性为3.5。因此，水分子中的OH键具有很强的极性。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，正电荷的"重心"与负电荷的"重心"不重合，使得氢原子的一端带正电，氧原子的一端带负电，表现出很强的极性。水分子是极性很强的分子。

极性分子由于相互间有静电吸引作用，具有一定的亲和力，所以由极性分子构成的物质对水也一定具有亲和力。凡是与水有亲和力的物质就称为亲水物质。金属无机盐、金属氧化物等都是具有极性结构的物质，它们与水有很强的亲和力，所以都是亲水物质。

有些物质的分子结构是对称的，因而不具有极性。非极性分子对非极性分子有亲和力，但对极性分子没有亲和力。这是根据结构相似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，其分子对水分子没有亲和力，称为疏水性物质。

在有机化学中，疏水性物质是非极性有机液体的统称，因此疏水性物质必然具有亲油性质。在疏水性物质中引入一些极性功能基团，如羟基（-OH）、氨基（-NH2）、羧基（-COOH）、羰基（-COH）、硝基（-NO2）等，使其具有一定的极性，因而具有亲水性。所谓亲水性，就是对物质对水的亲和力的简单描述；对于固体物质，其亲水性一般称为润湿性。

关于润湿角，金属与水的接触角θ一般小于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，表面润湿性越差。随着表面粗糙度的增加，易润湿的表面变得更容易润湿，而难以润湿的表面则更难润湿。

5、铜箔亲水性测试标准

锂离子电池厂家对压延铜箔亲水性的测试非常简单，只用刷子将纯净水轻轻刷在铜箔表面，观察是否有水膜破裂的情况。

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的关系不明显

6.2 亲水性与铜箔金相组织有关

扫描电子显微镜（SEM）观察发现，亲水性好的铜箔颗粒细小，表面粗糙度相对较低。表面粗糙度较低的原箔经过表面处理后，亲水性较好。这主要是因为电解铜箔的颗粒颗粒越细小，其真实比表面积越大；而表面粗糙度越大，其真实比表面积越小，导致铜箔的亲水性下降。

6.3 亲水性与铜箔的表面状态和反应有关

如果将铜箔长时间置于空气中，空气中的非极性气体分子N2、02、CO2等会吸附在金属表面，从而改变铜箔的亲水性。例如，将亲水性较好的铜箔暴露在空气中90分钟后，其亲水性明显下降。这是因为比表面能大的金属表面容易被表面张力小的液体润湿，因为润湿过程使体系的自由能降低。新金属表面的比表面能较高(铜的比表面能约为1.0J/m2，铝、锌的比表面能约为0.7-0.9J/m2)，但如果铜箔表面特别是新电解铜箔表面暴露在空气中时，就会吸附许多气体分子，形成单分子吸附层。表面压力的存在使铜箔表面的润湿性明显降低。

除非极性气体分子外，铜箔表面还可能吸附空气中的灰尘、有机油等，使其疏水性增强，因此锂离子电池用铜箔的包装必须采用真空包装，以减少铜箔表面的氧化，保持铜箔的亲水性。