1.銅箔的概念

銅箔是由銅加一定比例的其它金屬打制而成的一種陰質(zhì)性電解材料，用途是作為導(dǎo)體，是覆銅板(CCL)及印制電路板(PCB)制造的重要材料。銅箔具有低表面氧氣特性，可以附著于各種不同基材，如金屬，絕緣材料等，擁有較寬的溫度使用范圍。電子信息和鋰電是銅箔主流應(yīng)用領(lǐng)域，鋰電銅箔相比電子銅箔性能要求更高。

2.銅箔的分類

鋰電里一般只區(qū)分壓延箔和電解箔，下面是壓延箔和電解箔的生產(chǎn)工藝的對(duì)比。

3.鋰離子電池銅箔的性能要求

銅箔在鋰離子電池中既是負(fù)極活性材料的載體。又是負(fù)極電子的收集與傳導(dǎo)體。因此對(duì)其有特殊的技術(shù)要求，即必須具有良好的導(dǎo)電性，表面能均勻地涂敷負(fù)極材料而不脫落，并具有良好的耐蝕性。

目前常用的粘結(jié)劑PVDF,SBR,PAA等，其粘結(jié)強(qiáng)度不僅取決于粘合劑本身的物理化學(xué)性能，而且與銅箔的表面特性有很大關(guān)系。涂層的粘結(jié)強(qiáng)度足夠高時(shí)，可防止充彭電循環(huán)過(guò)程中負(fù)極的粉化脫落，或因過(guò)度膨脹收縮而剝離基片，降低循環(huán)容量保持率。反之，如果粘結(jié)強(qiáng)度過(guò)不到要求，則隨著循環(huán)次數(shù)的增加·因涂層剝離程度如重而使電池內(nèi)阻抗不斷增大，循環(huán)容量衰減加劇。這就要求鋰離子電池用銅箔需要具有良好的親水性。

4.銅箔親水性的原理

眾所周知，壓延銅箔與電解銅箔不僅生產(chǎn)方式完全不同，更主要的是它們的金屬結(jié)構(gòu)也完全不同。研究表明，厚度小于12μm的電解銅箔其XRD衍射圖譜中的主峰為(111)面，并且(311)面呈現(xiàn)一定的擇優(yōu)取向,隨著銅箔厚度的增加，其(220)面衍射峰強(qiáng)度不斷提高，其他晶面衍射強(qiáng)度則逐漸降低當(dāng)銅箔厚度達(dá)到21μm時(shí)(220)晶面的織構(gòu)系數(shù)達(dá)92%。很顯然，要想簡(jiǎn)單地依靠生產(chǎn)工藝將電解銅箔的性能達(dá)到與壓延銅箔完全一樣幾乎是不可能的。

水是由氫原子和氧原子組成的，氫的電負(fù)性為2.1，氧的電負(fù)性為3.5，故水分子中O-H鍵的極性很強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)證明，水分子中的兩個(gè)O-H鍵之間成104°45′的夾角。水分子的偶極矩不等于零，正電荷的“重心”與負(fù)電荷的“重心”不重合，使得氫原子的一端帶正電，氧原子的一端帶負(fù)電，顯示出很強(qiáng)的極性，因此水分子是極性很強(qiáng)的極性分子。

極性分子之間由于相互間的靜電引力便有一定的親合力，因此由極性分子構(gòu)成的物質(zhì)必然對(duì)水有親合力。凡是對(duì)水有親合力的物質(zhì)都叫親水物質(zhì)。金屬無(wú)機(jī)鹽和金屬氧化物等都是極性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們能和水產(chǎn)生很強(qiáng)的親合力，因此都屬于親水物質(zhì)。

有些物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，因而不具有極性。非極性分子對(duì)非極性分子有親合力，而對(duì)極性分子沒(méi)有親合力，這是根據(jù)結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)互溶原理得出的結(jié)論。由非極性分子構(gòu)成的物質(zhì)，其分子對(duì)水分子沒(méi)有親合力，稱為疏水物質(zhì)。

在有機(jī)化學(xué)中，“油”是非極性有機(jī)液體的總稱，因此疏水物質(zhì)就一定有親油的性質(zhì)。將一些極性的官能團(tuán)，如羥基(-OH)、氨基(-NH2)、羧基(-COOH)、羰基(-COH)、硝基(-NO2)等，引入疏水物質(zhì)，可使其具有一定的極性，并因此產(chǎn)生親水性。所謂親水性，就是物質(zhì)對(duì)水的親合力的簡(jiǎn)單描述;對(duì)于固體物質(zhì)，其親水性一般也稱為潤(rùn)濕性。

關(guān)于潤(rùn)濕角，金屬與水的接觸角θ一般小于90°，所以銅箔表面愈粗糙，潤(rùn)濕性愈好;當(dāng)θ>90°時(shí)，固體表面愈粗糙，表面潤(rùn)濕性愈差。隨著表面粗糙程度的增加，容易潤(rùn)濕的表面變得更容易潤(rùn)濕，而難潤(rùn)濕的表面變得更難潤(rùn)濕。

5.銅箔親水性的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)對(duì)壓延銅箔的親水性檢驗(yàn)是很簡(jiǎn)單的，僅僅使用毛刷將純水在銅箔表面輕輕一刷，觀察有無(wú)水膜破裂現(xiàn)象出現(xiàn)。

6.銅箔親水性的影響因素

6.1銅箔親水性與銅箔表面粗糙度關(guān)系不明顯

6.2親水性與銅箔金相組織有關(guān)

通過(guò)掃描電鏡(SEM)可以發(fā)現(xiàn)，親水性好的銅箔，其晶粒細(xì)密，表面粗糙度相對(duì)較低。表面粗糙度低的生箔，經(jīng)表面處理后其親水性仍舊良好。這主要由于電解銅箔的球團(tuán)晶粒越細(xì)，其真實(shí)比表面積就越大;而表面粗糙度越大，其真實(shí)表面積反而越低，導(dǎo)致銅箔親水性降低。

6.3親水性與銅箔表面狀態(tài)、反應(yīng)有關(guān)

如果將銅箔長(zhǎng)時(shí)間地放置在空氣中，空氣中的非極性氣體分子N2、02、C02等會(huì)吸附于金屬表面，從而改變銅箔的親水性。例如將親水性良好的銅箔在空氣中暴露90min后其親水性明顯下降。這是由于比表面能高的金屬表面很容易被表面張力低的液體潤(rùn)濕，因?yàn)闈?rùn)濕的過(guò)程使體系的自由能下降。新金屬表面的比表面能都較高(銅的比表面能約為1.0J/m2，鋁和鋅的約為0.7-0.9J/m2)，但是如將銅箔表面尤其是新電解銅箔表面暴露在空氣中，則會(huì)吸附許多氣體分子而形成單分子吸附層。表面壓的存在明顯降低了銅箔表面的潤(rùn)濕性。

除了非極性氣體分子外，銅箔表面還可能吸附空氣中的塵埃、有機(jī)油污，而使其疏水性增強(qiáng)。因此，對(duì)于鋰離子電池用銅箔的包裝必須采用真空包裝，減少銅箔表面的氧化，保持銅箔的親水性。