Tính chất ưa nước của lá đồng đối với pin lithium-ion là gì?

1. Khái niệm về lá đồng

Lá đồng là vật liệu điện phân cực âm được làm bằng đồng và các kim loại khác theo tỷ lệ nhất định. Nó được sử dụng làm chất dẫn điện và là vật liệu quan trọng để sản xuất các tấm mạ đồng (CCL) và bảng mạch in (PCB). Lá đồng có đặc tính oxy bề mặt thấp và có thể được gắn vào các chất nền khác nhau, chẳng hạn như kim loại, vật liệu cách điện, v.v. và có phạm vi nhiệt độ rộng. Thông tin điện tử và pin lithium là những lĩnh vực ứng dụng chính của lá đồng. So với lá đồng điện tử, lá đồng pin lithium có yêu cầu hiệu suất cao hơn.

2. Phân loại lá đồng

Pin Lithium thường chỉ phân biệt giữa giấy cuộn và lá điện phân. Sau đây là bảng so sánh quy trình sản xuất giấy bạc cuộn và giấy bạc điện phân.

3. Yêu cầu hiệu suất của lá đồng cho pin lithium-ion

Lá đồng vừa là chất mang vật liệu hoạt động điện cực âm trong pin lithium ion. Nó cũng là chất thu và dẫn các electron điện cực âm. Do đó, nó có những yêu cầu kỹ thuật đặc biệt, đó là phải có tính dẫn điện tốt, bề mặt có thể phủ đều vật liệu làm điện cực âm mà không bị rơi ra, đồng thời phải có khả năng chống ăn mòn tốt.

Các loại keo dán được sử dụng phổ biến hiện nay như PVDF, SBR, PAA,…, độ bền liên kết của chúng không chỉ phụ thuộc vào tính chất vật lý và hóa học của chính chất kết dính mà còn có mối quan hệ rất lớn với đặc tính bề mặt của lá đồng. Khi độ bền liên kết của lớp phủ đủ cao, nó có thể ngăn điện cực âm bị đóng điện và rơi ra trong chu kỳ sạc, hoặc bong tróc đế do giãn nở và co lại quá mức, làm giảm tỷ lệ duy trì dung lượng chu kỳ. Ngược lại, nếu độ bền liên kết không quá cao, khi số chu kỳ tăng lên, điện trở bên trong của pin sẽ tăng lên do lớp phủ bị bong tróc nhiều và sự suy giảm dung lượng chu kỳ tăng lên. Điều này đòi hỏi lá đồng cho pin lithium ion phải có tính hút nước tốt.

4. Nguyên tắc tính ưa nước của lá đồng

Như chúng ta đã biết, lá đồng cuộn và lá đồng điện phân không chỉ khác nhau hoàn toàn về phương pháp sản xuất mà quan trọng hơn là cấu tạo kim loại của chúng cũng hoàn toàn khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng đỉnh chính trong mẫu nhiễu xạ XRD của lá đồng điện phân có độ dày nhỏ hơn 12μm là mặt phẳng (111) và mặt phẳng (311) thể hiện một hướng ưu tiên nhất định. Với sự tăng chiều dày của lá đồng, cường độ đỉnh nhiễu xạ của mặt phẳng (220) Với sự cải thiện liên tục, cường độ nhiễu xạ của các mặt phẳng tinh thể khác giảm dần. Khi độ dày của lá đồng đạt 21μm, hệ số kết cấu của mặt phẳng tinh thể (220) đạt 92%. Chắc chắn,

Nước được cấu tạo bởi các nguyên tử hydro và nguyên tử oxy. Độ âm điện của hiđro là 2,1 và độ âm điện của oxi là 3,5. Do đó, liên kết OH trong phân tử nước rất phân cực. Thực nghiệm cho thấy góc giữa hai liên kết OH trong phân tử nước là 104 ° 45 '. Mômen lưỡng cực của phân tử nước không bằng 0 và "trọng tâm" của điện tích dương không trùng với "trọng tâm" của điện tích âm nên một đầu của nguyên tử hiđrô tích điện dương. , và phần cuối của nguyên tử oxy mang điện tích âm, thể hiện tính phân cực mạnh. Phân tử nước là phân tử rất phân cực.

Các phân tử phân cực có ái lực nhất định do lực hút tĩnh điện lẫn nhau của chúng, do đó các chất cấu tạo bởi các phân tử phân cực phải có ái lực với nước. Chất nào có ái lực với nước được gọi là chất ưa nước. Muối vô cơ kim loại và oxit kim loại đều là những chất có cấu tạo phân cực. Chúng có ái lực mạnh với nước nên đều là những chất ưa nước.

Cấu trúc phân tử của một số chất là đối xứng và do đó không phân cực. Các phân tử không phân cực có ái lực với các phân tử không phân cực, nhưng không có ái lực với các phân tử phân cực. Đây là kết luận dựa trên nguyên tắc hòa tan lẫn nhau của các chất có cấu trúc tương tự nhau. Chất được cấu tạo bởi các phân tử không phân cực, mà phân tử của chúng không có ái lực với phân tử nước được gọi là chất kỵ nước.

Trong hóa học hữu cơ, "dầu" là thuật ngữ chung để chỉ các chất lỏng hữu cơ không phân cực, vì vậy các chất kỵ nước phải có đặc tính ưa béo. Một số nhóm chức phân cực, chẳng hạn như hydroxyl (-OH), amino (-NH2), carboxyl (-COOH), carbonyl (-COH), nitro (-NO2), v.v., được đưa vào các chất kỵ nước để làm cho chúng có một Tính phân cực nhất định và do đó tính ưa nước. Cái gọi là tính ưa nước là một mô tả đơn giản về ái lực của một chất với nước; đối với các chất rắn, tính hút nước của nó thường được gọi là tính thấm ướt.

Về góc thấm ướt, góc tiếp xúc θ giữa kim loại và nước nói chung nhỏ hơn 90 °, do đó bề mặt lá đồng càng nhám thì khả năng thấm ướt càng tốt; khi θ> 90 °, bề mặt rắn càng thô thì khả năng thấm ướt bề mặt càng kém. Khi độ nhám bề mặt tăng lên, bề mặt dễ thấm ướt trở nên dễ ướt hơn và bề mặt khó ướt trở nên khó ướt hơn.

5. Tiêu chuẩn thử nghiệm về tính ưa nước của lá đồng

Các nhà sản xuất pin lithium-ion rất đơn giản để kiểm tra tính ưa nước của lá đồng cuộn. Họ chỉ dùng chổi quét nhẹ nước tinh khiết lên bề mặt lá đồng để quan sát xem có bị vỡ màng nước hay không.

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính ưa nước của lá đồng

6.1 Mối quan hệ giữa tính ưa nước của lá đồng và độ nhám bề mặt của lá đồng không rõ ràng

6.2 Tính ưa nước có liên quan đến cấu trúc kim loại của lá đồng

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy lá đồng có tính hút nước tốt có hạt mịn và độ nhám bề mặt tương đối thấp. Lá thô có độ nhám bề mặt thấp có tính hút nước tốt sau khi xử lý bề mặt. Điều này chủ yếu là do các hạt viên của lá đồng điện phân càng mịn, thì diện tích bề mặt riêng thực của nó càng lớn; và độ nhám bề mặt càng lớn, diện tích bề mặt thực của nó càng giảm, dẫn đến giảm tính ưa nước của lá đồng.

6.3 Tính hút nước liên quan đến trạng thái bề mặt và phản ứng của lá đồng

Nếu để lá đồng lâu ngày trong không khí, các phân tử khí không phân cực N2, 02, CO2 trong không khí sẽ bị hấp phụ trên bề mặt kim loại, từ đó làm thay đổi tính ưa nước của lá đồng. Ví dụ, sau khi để một lá đồng có tính hút nước tốt trong không khí trong 90 phút, tính hút nước của nó giảm đáng kể. Điều này là do các bề mặt kim loại có năng lượng bề mặt riêng cao dễ bị làm ướt bởi chất lỏng có sức căng bề mặt thấp, do quá trình thấm ướt làm giảm năng lượng tự do của hệ. Năng lượng bề mặt riêng của bề mặt kim loại mới cao hơn (năng lượng bề mặt riêng của đồng là khoảng 1,0 J / m2, và của nhôm và kẽm là khoảng 0,7-0,9 J / m2), nhưng nếu bề mặt của lá đồng thì đặc biệt là bề mặt của lá đồng mới điện phân Khi tiếp xúc với không khí, nó sẽ hấp phụ nhiều phân tử khí để tạo thành lớp hấp phụ đơn phân tử. Sự hiện diện của áp suất bề mặt làm giảm đáng kể khả năng thấm ướt của bề mặt lá đồng.

Ngoài các phân tử khí không phân cực, bề mặt của lá đồng cũng có thể hấp thụ bụi và dầu hữu cơ trong không khí, làm cho nó kỵ nước hơn. Do đó, việc đóng gói lá đồng cho pin lithium ion phải sử dụng bao bì chân không để giảm quá trình oxy hóa bề mặt lá đồng và duy trì tính ưa nước của lá đồng.