锂离子电池用铜箔亲水性跟什么有关？

1.铜箔的概念

铜箔是由铜加一定比例的其它金属打制而成的一种阴质性电解材料，用途是作为导体，是覆铜板(CCL)及印制电路板(PCB)制造的重要材料。铜箔具有低表面氧气特性，可以附着于各种不同基材， 如金属，绝缘材料等，拥有较宽的温度 使用范围。电子信息和锂电是铜箔主流应用领域，锂电铜箔相比电子铜箔性能要求更高。

2.铜箔的分类

锂电里一般只区分压延箔和电解箔，下面是压延箔和电解箔的生产工艺的对比。

3.锂离子电池铜箔的性能要求

铜箔在锂离子电池中既是负极活性材料的载体。又是负极电子的收集与传导体。因此对其有特殊的技术要求，即必须具有良好的导电性，表面能均匀地涂敷负极材料而不脱落，并具有良好的耐蚀性。

目前常用的粘结剂PVDF,SBR,PAA等，其粘结强度不仅取决于粘合剂本身的物理化学性能，而且与铜箔的表面特性有很大关系。涂层的粘结强度足够高时，可防止充彭电循环过程中负极的粉化脱落，或因过度膨胀收缩而剥离基片，降低循环容量保持率。反之，如果粘结强度过不到要求，则随着循环次数的增加·因涂层剥离程度如重而使电池内阻抗不断增大，循环容量衰减加剧。这就要求锂离子电池用铜箔需要具有良好的亲水性。

4.铜箔亲水性的原理

众所周知，压延铜箔与电解铜箔不仅生产方式完全不同，更主要的是它们的金属结构也完全不同。研究表明，厚度小于12μm的电解铜箔其XRD衍射图谱中的主峰为(111)面，并且(311)面呈现一定的择优取向,随着铜箔厚度的增加，其(220)面衍射峰强度不断提高，其他晶面衍射强度则逐渐降低当铜箔厚度达到21μm时(220)晶面的织构系数达92%。很显然，要想简单地依靠生产工艺将电解铜箔的性能达到与压延铜箔完全一样几乎是不可能的。

水是由氢原子和氧原子组成的，氢的电负性为 2.1，氧的电负性为3.5，故水分子中O-H键的极性很强。实验证明，水分子中的两个O-H键之间成104°45′的夹角。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，显示出很强的极性，因此水分子是极性很强的极性分子。

极性分子之间由于相互间的静电引力便有一定的亲合力，因此由极性分子构成的物质必然对水有亲合力。凡是对水有亲合力的物质都叫亲水物质。金属无机盐和金属氧化物等都是极性结构的物质，它们能和水产生很强的亲合力，因此都属于 亲水物质 。

有些物质分子的结构是对称的，因而不具有极性。非极性分子对非极性分子有亲合力，而对极性分子没有亲合力，这是根据结构相似的物质互溶原理得出的结论。由非极性分子构成的物质，其分子对水分子没有亲合力，称为 疏水物质 。

在有机化学中，“油”是非极性有机液体的总称， 因此疏水物质就一定有亲油的性质。将一些极性的官能团，如羟基(-OH)、氨基(-NH2)、羧基(-COOH)、羰基(-COH)、硝基(-NO2)等，引入疏水物质，可使其具有一定的极性，并因此产生亲水性。所谓亲水性，就是物质对水的亲合力的简单描述对于固体物质，其亲水性一般也称为润湿性。

关于润湿角，金属与水的接触角θ一般小于90°，所以铜箔表面愈粗糙，润湿性愈好当θ>90°时，固体表面愈粗糙， 表面润湿性愈差。随着表面粗糙程度的增加，容易润湿的表面变得更容易润湿，而难润湿的表面变得更难润湿。

5.铜箔亲水性的检测标准

锂离子电池生产企业对压延铜箔的亲水性检验是很简单的，仅仅使用毛刷将纯水在铜箔表面轻轻一刷，观察有无水膜破裂现象出现。

6.铜箔亲水性的影响因素

6.1 铜箔亲水性与铜箔表面粗糙度关系不明显

6.2 亲水性与铜箔金相组织有关

通过扫描电镜(SEM)可以发现，亲水性好的铜箔，其晶粒细密，表面粗糙度相对较低。表面粗糙度低的生箔，经表面处理后其亲水性仍旧良好。这主要由于电解铜箔的球团晶粒越细，其真实比表面积就越大而表面粗糙度越大，其真实表面积反而越低，导致铜箔亲水性降低。

6.3 亲水性与铜箔表面状态、反应有关

如果将铜箔长时间地放置在空气中，空气中的非极性气体分子N2、02、C02等会吸附于金属表面，从而改变铜箔的亲水性。例如将亲水性良好的铜箔在空气中暴露90min后其亲水性明显下降。这是由于比表面能高的金属表面很容易被表面张力低的液体润湿，因为润湿的过程使体系的自由能下降。新金属表面的比表面能都较高(铜的比表面能约为1.0 J/m2，铝和锌的约为0.7-0.9 J/m2)，但是如将铜箔表面尤其是新电解铜箔表面暴露在空气中，则会吸附许多气体分子而形成单分子吸附层。表面压的存在明显降低了铜箔表面的润湿性。

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

以上整理自文献资料《电解铜箔亲水性研究》

1，铜箔通过的电流大于铜箔的安全载流量铜箔就会发热而与基板脱胶分离。分离后就不能通过基板散热，进而象保险丝溶断那样断开了。这样铜箔下面的基板会延线条走向出现黑色的炭化现象。甚至会出现孔洞。

2，线条间的距离小，电压高会拉弧闪络，铜箔断处会连有小铜球，板子大范围熏黑。

关于氧化亚铜的电化学制备的目的和意义相关资料如下

氧化亚铜是一种性能优异的p型半导体材料,其带隙宽度与可见光波长范围相对应,适合被太阳光直接激发而具有光催化和光电特性,非常具有应用潜力。但是氧化亚铜基光催化和光电器件并没有得到普遍应用,原因是受现有方法和工艺的限制,氧化亚铜的制备成本难以降低、制备过程较为繁复,加之本身量子效率不高,实际性能很难令人满意。因此,探索和丰富氧化亚铜的制备手段,并研究制备工艺与氧化亚铜自身属性和应用性能之间的关系,对于拓展氧化亚铜基光催化和光伏材料的应用以及能源产业的优化都具有重要的意义。从理论上讲,氧化亚铜的量子效率可以通过两种方式提高,一是通过利用异质结之间的势垒来对光生电子-空穴对实现有效分离,二是减小氧化亚铜的晶粒尺寸来阻碍光生电子-空穴对的复合。所以,本文探索了阳极氧化和电沉积等两种电化学制备方法,分别在铜箔和导电玻璃表面制备了氧化亚铜薄膜,表征了其光催化和光电性能,并重点探讨了制备工艺、薄膜成分和形貌以及光催化和光电性能方面的相互作用机理。本文的主要研究内容如下:1.利用阳极氧化+水解/还原两步法在铜箔上制备了氧化亚铜薄膜。研究了阳极氧化过程中氯化铵电解液pH值和浓度、电流密度、温度以及搅拌等工艺条件对于阳极表面成分和形貌的影响,并结合固-液界面双电层动力学、热力学模型和电化学表征数据对于影响机理进行了分析。研究表明:在阳极氧化过程中,当电解液为酸性时,铜箔表面主要生成氯化亚铜薄膜,当电解液为碱性时,则生成氢氧化铜薄膜,因为氯化铵电解液的pH值升高无论是在动力学方面还是热力学方面都更适合氢氧化铜的生成电解液浓度升高会使产物的析出电流增加,电极表面双电层中的电荷传输和离子结合速率都得到提升,有利于氢氧化铜的生成较高的电解液温度有利于氢氧化铜的水解反应,同时有利于氯化亚铜晶粒的长大在阳极氧化过程中加入搅拌是防止钝化膜生成的一个必要手段,但是搅拌速度不宜过快。阳极氧化完成后,将制得的氯化亚铜薄膜浸入双氧水稀溶液并光照,可以利用水解和发泡反应将氯化亚铜薄膜转化为氧化亚铜海绵状多孔纳米晶薄膜制得的氢氧化铜薄膜则可以通过在还原性气氛下热处理或与葡萄糖溶液反应来进行还原,转化为氧化亚铜。2.对氧化亚铜薄膜的光催化性能进行了表征。薄膜在90分钟内对甲基橙的光催化降解率达到了60%~70%氧化亚铜薄膜还可以光催化加速氧化剂对亚甲基蓝等有机染料的氧化脱色,使得脱色速率提高了一倍以上氧化亚铜薄膜在光照下对于污染河水水样中的藻类具有非常显著的杀灭效果,4小时内对蓝藻、绿藻和杂藻的杀灭率分别达到了100%、100%和90.9%同时,对水样中有机污染物也起到了明显的降解作用,4小时内水样中总碳、总磷和总氮含量分别下降了10.6%、55.4%和18.4%。氧化亚铜薄膜还在光解水析氧反应中具有很高的催化活性,8小时内的单位质量产氧量达到了172.90~233.27μmol每毫克氧化亚铜。

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