리튬이온 배터리용 동박의 친수성은 어떤 관계가 있나요?

1. 동박의 개념

동박은 구리에 일정 비율의 다른 금속을 첨가하여 만든 음극전해물질로, 도체로 사용되는 중요한 소재이다. 동박적층판(CCL) 및 인쇄회로기판(PCB) 제조에 사용됩니다. 동박은 표면 산소 특성이 낮아 금속, 절연재 등 다양한 기판에 부착이 가능하고 온도 범위가 넓습니다. 전자 정보 및 리튬 배터리는 동박의 주요 응용 분야입니다. 리튬 배터리 동박은 전자 동박보다 성능 요구 사항이 더 높습니다.

2. 동박의 분류

리튬전지에서는 일반적으로 캘린더호일과 전해호일만 구분한다. 다음은 캘린더호일과 전해박의 제조공정을 비교한 것이다.

3. 리튬이온 배터리용 동박의 성능 요구사항

동박은 리튬이온 배터리의 음극 활물질을 담는 담체입니다. 또한 음극 전자의 수집 및 전도체이기도 합니다. 따라서 특별한 기술적 요구 사항이 있습니다. 즉, 전도성이 좋아야 하고 표면이 벗겨지지 않고 음극 재료로 균일하게 코팅될 수 있으며 내식성이 좋아야 합니다.

PVDF, SBR, PAA 등 일반적으로 사용되는 접착제의 접착력은 접착제 자체의 물리적, 화학적 특성에 따라 달라질 뿐만 아니라 접착제의 표면 특성과도 큰 관계가 있습니다. 구리박. 코팅의 접착력이 충분히 높으면 충전 사이클 중 음극이 분쇄되어 떨어지는 것을 방지하거나 과도한 팽창 및 수축으로 인해 기판이 벗겨지는 것을 방지하여 사이클 용량 유지율을 감소시킬 수 있습니다. 반대로 접착강도가 요구조건을 만족하지 못하는 경우, 사이클 횟수가 증가함에 따라 심각한 코팅 박리로 인해 배터리의 내부 임피던스가 계속 증가하게 되어 사이클 용량이 증가하게 됩니다. 이를 위해서는 리튬이온전지용 동박이 친수성이 좋아야 한다.

4. 동박의 친수성 원리

우리 모두 알고 있듯이 압연 동박과 전해 동박은 제조 방법이 완전히 다를 뿐만 아니라, 더 중요한 것은 금속이 다르다는 것입니다. 구조도 완전히 다릅니다. 연구에 따르면 두께가 12μm 미만인 전해 동박의 XRD 회절 패턴에서 주요 피크는 (111) 평면이며, (311) 평면은 동박의 두께가 증가함에 따라 특정 우선 방향을 나타내는 것으로 나타났습니다. (220) 평면 회절 피크의 강도가 계속 증가하고 다른 결정면의 회절 강도는 점차 감소합니다. 구리 호일의 두께가 21μm에 도달하면 (220) 결정면의 텍스처 계수가 92%에 도달합니다. 물론 전해동박의 성능을 압연동박과 동일한 성능을 얻기 위해 단순히 생산공정에만 의존하는 것은 거의 불가능하다.

물은 수소 원자와 산소 원자로 구성되어 있습니다. 수소의 전기 음성도는 2.1이고 산소의 전기 음성도는 3.5입니다. 따라서 물 분자의 O-H 결합은 매우 극성입니다. 실험에 따르면 물 분자의 두 O-H 결합 사이의 각도는 104°45'입니다. 물 분자의 쌍극자 모멘트는 0이 아닙니다. 양전하의 "중심"은 음전하의 "중심"과 일치하지 않으므로 수소 원자의 한쪽 끝은 양전하를 띠고 산소의 한쪽 끝은 0이 됩니다. 원자는 음전하를 띠고 강한 극성을 나타냅니다. 따라서 물 분자는 매우 극성인 분자입니다.

극성 분자는 그들 사이의 정전기적 인력으로 인해 일정한 친화력을 가지므로 극성 분자로 구성된 물질은 물에 대한 친화력을 가져야 합니다. 물과 친화력을 갖는 모든 물질을 친수성 물질이라고 합니다. 금속 무기염 및 금속 산화물은 모두 극성 구조를 갖는 물질로서 물과 강한 친화력을 나타낼 수 있으므로 모두 친수성 물질입니다.

일부 물질 분자의 구조는 대칭이므로 비극성입니다. 비극성 분자는 비극성 분자와 친화력이 있지만 극성 분자에는 친화력이 없다는 것은 구조가 비슷한 물질끼리는 상호 용해성의 원리에 근거한 결론이다. 물 분자와 친화력이 없는 비극성 분자로 구성된 물질을 소수성 물질이라고 합니다.

유기화학에서 '기름'은 비극성 유기액체의 총칭이므로 소수성 물질은 친유성 성질을 가져야 한다. 하이드록실(-OH), 아미노(-NH2), 카복실(-COOH), 카보닐(-COH), 니트로(-NO2) 등과 같은 일부 극성 작용기를 소수성 물질에 도입하면 특정 특성을 갖게 될 수 있습니다. .극성이므로 친수성입니다. 소위 친수성은 고체 물질에 대한 물질의 친화성을 간단히 설명하며, 친수성은 일반적으로 습윤성이라고도 합니다.

습윤각은 금속과 물 사이의 접촉각 θ가 일반적으로 90° 미만이므로 동박 표면이 거칠수록 θ>90°인 경우 습윤성이 좋아집니다. 표면이 단단할수록 습윤성은 나빠집니다. 표면 거칠기가 증가하면 젖기 쉬운 표면은 젖기 쉬워지고, 젖기 어려운 표면은 젖기 어려워집니다.

5. 동박의 친수성 테스트 기준

리튬이온 배터리 제조업체의 압연 동박 친수성 테스트는 브러시만 사용하여 순수한 물을 부드럽게 도포합니다. 구리 호일의 표면을 솔질하고 수막에 균열이 있는지 관찰하십시오.

6. 동박의 친수성에 영향을 미치는 요인

6.1 동박의 친수성과 동박의 표면 거칠기 사이에는 뚜렷한 관계가 없습니다.

6.2 친수성 동박의 금속 조직 구조와 관련

주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 친수성이 좋은 동박은 입자가 미세하고 표면 거칠기가 비교적 낮은 것으로 나타났다. 표면 거칠기가 낮은 원시 포일은 표면 처리 후에도 친수성이 여전히 좋습니다. 이는 주로 전해 동박의 펠릿 입자가 미세할수록 실제 비표면적이 크고, 표면 거칠기가 클수록 실제 표면적이 낮아져 동박의 친수성이 감소하기 때문입니다.

6.3 친수성은 동박의 표면 상태와 반응과 관련이 있다

동박을 공기 중에 오랫동안 놓아두면 비극성 가스 분자 N2, 02 , CO2 등이 금속 표면에 흡착되어 동박의 친수성을 변화시킵니다. 예를 들어, 친수성이 좋은 동박은 공기 중에 90분 동안 노출되면 친수성이 크게 떨어집니다. 이는 비표면에너지가 높은 금속 표면이 표면 장력이 낮은 액체에 쉽게 젖기 때문이며, 젖음 과정은 시스템의 자유 에너지를 감소시키기 때문입니다. 새로운 금속 표면의 비표면 에너지는 높습니다(구리의 비표면 에너지는 약 1.0 J/m2, 알루미늄 및 아연의 비표면 에너지는 약 0.7-0.9 J/m2입니다). 그러나 특히 동박 표면의 경우. 새로운 전해 동박의 표면은 공기에 노출되면 많은 가스 분자가 흡착되어 단일 분자 흡착층을 형성합니다. 표면 압력이 존재하면 동박 표면의 젖음성이 크게 감소합니다.

동박 표면은 비극성 가스 분자 외에도 공기 중의 먼지와 유기유분을 흡수해 소수성을 더욱 높일 수 있다. 따라서 리튬이온전지용 동박 포장에는 동박 표면의 산화를 줄이고 동박의 친수성을 유지하기 위해 진공 포장을 사용해야 한다.

위 내용은 "전해동박의 친수성에 관한 연구"라는 문헌을 정리한 것입니다.