ما هي الخاصية المحبة للماء لرقائق النحاس لبطاريات الليثيوم أيون؟

1. مفهوم رقائق النحاس


رقائق النحاس هي مادة إلكتروليتية مهبطية مصنوعة من النحاس ونسبة معينة من المعادن الأخرى. يتم استخدامه كموصل وهو مادة مهمة لتصنيع شرائح النحاس المكسوة (CCL) ولوحات الدوائر المطبوعة (PCB). تتميز رقائق النحاس بخصائص أكسجين سطحي منخفضة ويمكن ربطها بركائز مختلفة ، مثل المعادن والمواد العازلة وما إلى ذلك ، ولها نطاق درجة حرارة واسع. المعلومات الإلكترونية وبطاريات الليثيوم هي مجالات التطبيق الرئيسية لرقائق النحاس. بالمقارنة مع رقائق النحاس الإلكترونية ، فإن رقائق النحاس لبطارية الليثيوم لها متطلبات أداء أعلى.



2. تصنيف رقائق النحاس


تميز بطاريات الليثيوم بشكل عام فقط بين رقائق معدنية ملفوفة ورقاقة إلكترونية. فيما يلي مقارنة بين عملية إنتاج الرقائق الملفوفة والرقائق التحليلية.



3. متطلبات أداء رقائق النحاس لبطاريات الليثيوم أيون

 

رقائق النحاس عبارة عن ناقل للمواد النشطة للإلكترود السالب في بطاريات أيونات الليثيوم. وهو أيضًا جامع وموصل للإلكترونات السالبة. لذلك ، لها متطلبات فنية خاصة ، أي يجب أن يكون لها موصلية كهربائية جيدة ، ويمكن طلاء السطح بالتساوي بمادة القطب السالب دون السقوط ، ويجب أن يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل.

 

المواد اللاصقة شائعة الاستخدام حاليًا مثل PVDF و SBR و PAA وما إلى ذلك ، لا تعتمد قوة الترابط الخاصة بها على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة اللاصقة نفسها فحسب ، بل لها أيضًا علاقة كبيرة بخصائص السطح لرقائق النحاس. عندما تكون قوة الترابط للطلاء عالية بما فيه الكفاية ، يمكن أن تمنع القطب السالب من المسحوق والسقوط أثناء دورة الشحن ، أو تقشير الركيزة بسبب التمدد والانكماش المفرطين ، مما يقلل من معدل الاحتفاظ بقدرة الدورة. على العكس من ذلك ، إذا لم تكن قوة الرابطة عالية جدًا ، مع زيادة عدد الدورات ، تزداد المقاومة الداخلية للبطارية بسبب التقشير الثقيل للطلاء ، ويزيد توهين سعة الدورة. وهذا يتطلب رقائق نحاسية لبطاريات الليثيوم أيون لتكون محبة للماء جيدة.


 

4. مبدأ الماء من رقائق النحاس

 

كما نعلم جميعًا ، فإن رقائق النحاس المدرفلة والرقائق النحاسية الكهربية ليست مختلفة تمامًا في طرق الإنتاج فحسب ، بل والأهم من ذلك أن هياكلها المعدنية مختلفة تمامًا أيضًا. أظهرت الدراسات أن القمة الرئيسية في نمط حيود XRD لرقائق النحاس الإلكتروليتية بسمك أقل من 12 ميكرومتر هي المستوى (111) ، ويظهر المستوى (311) اتجاهًا مفضلًا معينًا. مع زيادة سمك الرقائق النحاسية ، تنخفض شدة الانعراج للطائرة (220) مع التحسين المستمر ، شدة الانعراج للطائرات البلورية الأخرى تدريجياً. عندما يصل سمك الرقاقة النحاسية إلى 21 ميكرومتر ، يصل معامل نسيج المستوى البلوري (220) إلى 92٪. بوضوح،

 

يتكون الماء من ذرات الهيدروجين وذرات الأكسجين. تبلغ كهرسلبية الهيدروجين 2.1 بينما تبلغ كهرسلبية الأكسجين 3.5. لذلك ، فإن رابطة OH في جزيئات الماء قطبية جدًا. أظهرت التجارب أن الزاوية بين رابطتي OH في جزيء الماء هي 104 ° 45 '. لا تساوي العزم ثنائي القطب لجزيء الماء صفرًا ، ولا يتطابق "مركز ثقل" الشحنة الموجبة مع "مركز ثقل" الشحنة السالبة ، بحيث يكون أحد طرفي ذرة الهيدروجين مشحونًا بشكل إيجابي ، ونهاية ذرة الأكسجين سالبة الشحنة ، مما يدل على قطبية قوية. جزيئات الماء جزيئات قطبية للغاية.

 

الجزيئات القطبية لها تقارب معين بسبب جاذبيتها الكهروستاتيكية المتبادلة ، لذلك المواد المكونة من الجزيئات القطبية يجب أن يكون لها تقارب مع الماء. تسمى أي مادة لها صلة بالماء مادة محبة للماء. الأملاح المعدنية غير العضوية وأكاسيد المعادن كلها مواد ذات هيكل قطبي. لديهم تقارب قوي مع الماء ، لذا فهم جميعًا مواد محبة للماء.

 

التركيب الجزيئي لبعض المواد متماثل وبالتالي ليس قطبيًا. الجزيئات غير القطبية لها انجذاب للجزيئات غير القطبية ، ولكن ليس لها انجذاب للجزيئات القطبية. هذا استنتاج يعتمد على مبدأ الذوبان المتبادل للمواد ذات الهياكل المماثلة. تسمى المادة المكونة من جزيئات غير قطبية ، والتي ليس لجزيئاتها ألفة لجزيئات الماء ، مادة كارهة للماء.

 

في الكيمياء العضوية ، "الزيت" هو المصطلح العام للسوائل العضوية غير القطبية ، لذلك يجب أن تحتوي المواد الكارهة للماء على خصائص محبة للدهون. يتم إدخال بعض المجموعات الوظيفية القطبية ، مثل الهيدروكسيل (-OH) ، والأمينو (-NH2) ، والكربوكسيل (-COOH) ، والكربونيل (-COH) ، والنيترو (-NO2) ، وما إلى ذلك ، في مواد كارهة للماء لجعلها تحتوي على قطبية معينة وبالتالي ماء. إن ما يسمى بـ hydrophilicity هو وصف بسيط لتقارب مادة ما مع الماء ؛ بالنسبة للمواد الصلبة ، تسمى قابليتها للماء عمومًا.

 

فيما يتعلق بزاوية الترطيب ، تكون زاوية التلامس θ بين المعدن والماء عمومًا أقل من 90 درجة ، لذلك كلما كان سطح رقائق النحاس أكثر خشونة ، كانت قابلية البلل أفضل ؛ عندما تكون> 90 درجة ، كلما كان السطح الصلب أكثر خشونة ، كلما كان تبلل السطح أسوأ. مع زيادة خشونة السطح ، يصبح السطح القابل للبلل أسهل للبلل ، ويصبح السطح الصعب التبلل أكثر صعوبة.

 

5. معيار اختبار الماء من رقائق النحاس

 

إن الشركات المصنعة لبطاريات الليثيوم أيون بسيطة للغاية في اختبار مقاومة الماء لرقائق النحاس الملفوفة. يستخدمون الفرشاة فقط لتنظيف المياه النقية برفق على سطح رقائق النحاس لملاحظة ما إذا كان هناك أي تمزق في غشاء الماء.

 

6. العوامل التي تؤثر على الماء من رقائق النحاس


6.1 العلاقة بين مقاومة الماء لرقائق النحاس وخشونة السطح لرقائق النحاس ليست واضحة


6.2 ترتبط الألفة المائية بالتركيب المعدني لرقائق النحاس


يُظهر الفحص المجهري الإلكتروني (SEM) أن رقائق النحاس ذات القدرة المائية الجيدة لها حبيبات دقيقة وخشونة سطح منخفضة نسبيًا. تتميز الرقائق الخام ذات خشونة السطح المنخفضة بالقدرة على مقاومة الماء بعد المعالجة السطحية. هذا يرجع أساسًا إلى أن حبيبات الحبيبات الدقيقة لرقائق النحاس الإلكتروليتية أكبر ، وكلما زادت مساحة سطحها المحددة الحقيقية ؛ وكلما زادت خشونة السطح ، انخفضت مساحة سطحه الحقيقية ، مما يؤدي إلى انخفاض مقاومة الماء للرقائق النحاسية.

 

6.3 ترتبط الألفة المائية بالحالة السطحية وتفاعل رقائق النحاس

 

إذا تم وضع رقائق النحاس في الهواء لفترة طويلة ، فسيتم امتصاص جزيئات الغاز غير القطبية N2 ، 02 ، ثاني أكسيد الكربون الموجودة في الهواء على السطح المعدني ، وبالتالي تغيير قابلية الماء في رقائق النحاس. على سبيل المثال ، بعد تعريض رقائق نحاسية ذات قدرة مائية جيدة على الهواء لمدة 90 دقيقة ، تنخفض قابليتها للماء بشكل كبير. وذلك لأن الأسطح المعدنية ذات الطاقة السطحية النوعية العالية يتم ترطيبها بسهولة بواسطة السوائل ذات التوتر السطحي المنخفض ، لأن عملية الترطيب تقلل الطاقة الحرة للنظام. تكون الطاقة السطحية المحددة للسطح المعدني الجديد أعلى (تبلغ الطاقة السطحية المحددة للنحاس حوالي 1.0 جول / م 2 ، وتبلغ طاقة الألومنيوم والزنك حوالي 0.7-0.9 جول / م 2) ، ولكن إذا كان سطح رقائق النحاس خاصة سطح رقائق النحاس الإلكتروليتية الجديدة عند تعرضها للهواء ، سوف يمتص العديد من جزيئات الغاز لتشكيل طبقة امتزاز جزيء واحد. يقلل وجود ضغط السطح بشكل كبير من قابلية ترطيب سطح رقائق النحاس.

 

بالإضافة إلى جزيئات الغاز غير القطبية ، قد يمتص سطح رقائق النحاس الغبار والزيت العضوي في الهواء ، مما يجعله أكثر كارهة للماء. لذلك ، يجب أن تستخدم عبوات رقائق النحاس لبطاريات الليثيوم أيون عبوات مفرغة لتقليل أكسدة سطح رقائق النحاس والحفاظ على الماء في رقائق النحاس.


التشاور عبر البريد

الرجاء لا تتردد في تقديم استفسارك في النموذج أدناه وسوف نقوم بالرد عليك في 24 ساعة