लिथियम-आयन बैटरी के लिए कॉपर फ़ॉइल का हाइड्रोफिलिक गुण क्या है?

1. तांबे की पन्नी की अवधारणा

कॉपर फ़ॉइल तांबे से बना एक कैथोड इलेक्ट्रोलाइटिक सामग्री है और अन्य धातुओं का एक निश्चित अनुपात है। इसका उपयोग कंडक्टर के रूप में किया जाता है और कॉपर क्लैड लैमिनेट्स (CCL) और प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (PCB) के निर्माण के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री है। कॉपर फ़ॉइल में कम सतह ऑक्सीजन विशेषताएँ होती हैं और इसे विभिन्न सबस्ट्रेट्स, जैसे धातु, इन्सुलेट सामग्री, आदि से जोड़ा जा सकता है, और इसकी एक विस्तृत तापमान सीमा होती है। इलेक्ट्रॉनिक सूचना और लिथियम बैटरी तांबे की पन्नी के मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र हैं। इलेक्ट्रॉनिक कॉपर फ़ॉइल की तुलना में, लिथियम बैटरी कॉपर फ़ॉइल में उच्च प्रदर्शन आवश्यकताएं होती हैं।

2. तांबे की पन्नी का वर्गीकरण

लिथियम बैटरी आमतौर पर केवल लुढ़का हुआ पन्नी और इलेक्ट्रोलाइटिक पन्नी के बीच अंतर करती है। निम्नलिखित रोल्ड फ़ॉइल और इलेक्ट्रोलाइटिक फ़ॉइल की उत्पादन प्रक्रिया की तुलना है।

3. लिथियम-आयन बैटरी के लिए तांबे की पन्नी की प्रदर्शन आवश्यकताएं

कॉपर फ़ॉइल लिथियम आयन बैटरी में नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री का वाहक है। यह नकारात्मक इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रॉनों का संग्राहक और संवाहक भी है। इसलिए, इसकी विशेष तकनीकी आवश्यकताएं हैं, अर्थात इसमें अच्छी विद्युत चालकता होनी चाहिए, सतह को समान रूप से नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ गिरने के बिना लेपित किया जा सकता है, और इसमें अच्छा संक्षारण प्रतिरोध होना चाहिए।

वर्तमान में पीवीडीएफ, एसबीआर, पीएए, आदि जैसे आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले चिपकने वाले, उनकी बंधन शक्ति न केवल चिपकने वाले के भौतिक और रासायनिक गुणों पर निर्भर करती है, बल्कि तांबे की पन्नी की सतह की विशेषताओं के साथ भी एक महान संबंध है। जब कोटिंग की बंधन शक्ति काफी अधिक होती है, तो यह नकारात्मक इलेक्ट्रोड को चार्जिंग चक्र के दौरान पाउडरिंग और गिरने से रोक सकता है, या अत्यधिक विस्तार और संकुचन के कारण सब्सट्रेट को छीलने से चक्र क्षमता प्रतिधारण दर को कम कर सकता है। इसके विपरीत, यदि बंधन शक्ति बहुत अधिक नहीं है, जैसे-जैसे चक्रों की संख्या बढ़ती है, कोटिंग के भारी छीलने के कारण बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध बढ़ता है, और चक्र क्षमता क्षीणन बढ़ जाती है। लिथियम आयन बैटरी में अच्छी हाइड्रोफिलिसिटी होने के लिए इसके लिए कॉपर फॉयल की आवश्यकता होती है।

4. तांबे की पन्नी की हाइड्रोफिलिसिटी का सिद्धांत

जैसा कि हम सभी जानते हैं, रोल्ड कॉपर फ़ॉइल और इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर फ़ॉइल न केवल उत्पादन विधियों में पूरी तरह से भिन्न हैं, बल्कि इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि उनकी धातु संरचना भी पूरी तरह से अलग है। अध्ययनों से पता चला है कि 12μm से कम की मोटाई के साथ इलेक्ट्रोलाइटिक तांबे की पन्नी के एक्सआरडी विवर्तन पैटर्न में मुख्य शिखर (111) विमान है, और (311) विमान एक निश्चित पसंदीदा अभिविन्यास दिखाता है। तांबे की पन्नी की मोटाई में वृद्धि के साथ, (220) विमान की विवर्तन शिखर तीव्रता निरंतर सुधार के साथ, अन्य क्रिस्टल विमानों की विवर्तन तीव्रता धीरे-धीरे कम हो जाती है। जब तांबे की पन्नी की मोटाई 21μm तक पहुंच जाती है, तो (220) क्रिस्टल प्लेन का बनावट गुणांक 92% तक पहुंच जाता है। स्पष्टतः,

पानी हाइड्रोजन परमाणुओं और ऑक्सीजन परमाणुओं से बना है। हाइड्रोजन की इलेक्ट्रोनगेटिविटी 2.1 है और ऑक्सीजन की इलेक्ट्रोनगेटिविटी 3.5 है। इसलिए, पानी के अणुओं में OH बंधन बहुत ध्रुवीय होता है। प्रयोगों से पता चलता है कि पानी के अणु में दो OH बंधों के बीच का कोण 104°45' होता है। जल के अणु का द्विध्रुव आघूर्ण शून्य के बराबर नहीं होता है, और"ग्रैविटी केंद्र"सकारात्मक चार्ज के साथ मेल नहीं खाता है"ग्रैविटी केंद्र"ऋणात्मक आवेश का, ताकि हाइड्रोजन परमाणु का एक सिरा धनात्मक रूप से आवेशित हो, और ऑक्सीजन परमाणु का सिरा ऋणात्मक रूप से आवेशित हो, जो प्रबल ध्रुवता दर्शाता है। पानी के अणु बहुत ध्रुवीय अणु होते हैं।

ध्रुवीय अणुओं में उनके परस्पर इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण के कारण एक निश्चित आत्मीयता होती है, इसलिए ध्रुवीय अणुओं से बने पदार्थों में पानी के लिए एक आत्मीयता होनी चाहिए। कोई भी पदार्थ जिसमें पानी के लिए आत्मीयता होती है, हाइड्रोफिलिक पदार्थ कहलाता है। धातु अकार्बनिक लवण और धातु ऑक्साइड ध्रुवीय संरचना वाले सभी पदार्थ हैं। पानी के साथ उनका गहरा संबंध है, इसलिए वे सभी हाइड्रोफिलिक पदार्थ हैं।

कुछ पदार्थों की आणविक संरचना सममित होती है और इसलिए ध्रुवीय नहीं होती है। गैर-ध्रुवीय अणुओं में गैर-ध्रुवीय अणुओं के लिए आत्मीयता होती है, लेकिन ध्रुवीय अणुओं के लिए कोई आत्मीयता नहीं होती है। यह निष्कर्ष समान संरचनाओं वाले पदार्थों के पारस्परिक विघटन के सिद्धांत पर आधारित है। गैर-ध्रुवीय अणुओं से बना पदार्थ, जिसके अणुओं में पानी के अणुओं के लिए कोई आत्मीयता नहीं होती है, हाइड्रोफोबिक पदार्थ कहलाता है।

अकार्बनिक रसायन शास्त्र,"तेल"गैर-ध्रुवीय कार्बनिक तरल पदार्थों के लिए सामान्य शब्द है, इसलिए हाइड्रोफोबिक पदार्थों में लिपोफिलिक गुण होना चाहिए। कुछ ध्रुवीय कार्यात्मक समूह, जैसे हाइड्रॉक्सिल (-OH), अमीनो (-NH2), कार्बोक्सिल (-COOH), कार्बोनिल (-COH), नाइट्रो (-NO2), आदि को हाइड्रोफोबिक पदार्थों में पेश किया जाता है ताकि उनमें एक हो कुछ ध्रुवीयता और इसलिए हाइड्रोफिलिसिटी। तथाकथित हाइड्रोफिलिसिटी पानी के लिए किसी पदार्थ की आत्मीयता का एक सरल विवरण है; ठोस पदार्थों के लिए, इसकी हाइड्रोफिलिसिटी को आमतौर पर वेटेबिलिटी कहा जाता है।

गीले कोण के संबंध में, धातु और पानी के बीच संपर्क कोण θ आम तौर पर 90 डिग्री से कम होता है, इसलिए तांबे की पन्नी की सतह जितनी खुरदरी होती है, उतनी ही बेहतर होती है; जब>90 °, ठोस सतह जितनी खुरदरी होगी, सतह की अस्थिरता उतनी ही खराब होगी। जैसे-जैसे सतह का खुरदरापन बढ़ता है, आसानी से गीली होने वाली सतह को गीला करना आसान हो जाता है, और कठोर से गीली सतह को गीला करना अधिक कठिन हो जाता है।

5. तांबे की पन्नी की हाइड्रोफिलिसिटी के लिए परीक्षण मानक

लीथियम-आयन बैटरी निर्माता रोल्ड कॉपर फ़ॉइल की हाइड्रोफिलिसिटी का परीक्षण करने के लिए बहुत सरल हैं। वे केवल तांबे की पन्नी की सतह पर शुद्ध पानी को धीरे से ब्रश करने के लिए ब्रश का उपयोग करते हैं ताकि यह देखा जा सके कि कोई पानी की फिल्म टूट गई है या नहीं।

6. तांबे की पन्नी की हाइड्रोफिलिसिटी को प्रभावित करने वाले कारक

6.1 तांबे की पन्नी की हाइड्रोफिलिसिटी और तांबे की पन्नी की सतह खुरदरापन के बीच संबंध स्पष्ट नहीं है

6.2 हाइड्रोफिलिसिटी तांबे की पन्नी की धातु विज्ञान संरचना से संबंधित है

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) से पता चलता है कि अच्छी हाइड्रोफिलिसिटी वाली तांबे की पन्नी में महीन दाने और अपेक्षाकृत कम सतह खुरदरापन होता है। कम सतह खुरदरापन वाली कच्ची पन्नी में सतह के उपचार के बाद अच्छी हाइड्रोफिलिसिटी होती है। यह मुख्य रूप से इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर फ़ॉइल के पेलेट ग्रेन के महीन होने के कारण होता है, इसका वास्तविक विशिष्ट सतह क्षेत्र जितना बड़ा होता है; और सतह खुरदरापन जितना बड़ा होता है, उसका वास्तविक सतह क्षेत्र उतना ही कम होता है, जिससे तांबे की पन्नी की हाइड्रोफिलिसिटी में कमी आती है।

6.3 हाइड्रोफिलिसिटी तांबे की पन्नी की सतह की स्थिति और प्रतिक्रिया से संबंधित है

यदि तांबे की पन्नी को लंबे समय तक हवा में रखा जाता है, तो हवा में गैर-ध्रुवीय गैस के अणु N2, 02, CO2 धातु की सतह पर सोख लिए जाएंगे, जिससे तांबे की पन्नी की हाइड्रोफिलिसिटी बदल जाएगी। उदाहरण के लिए, तांबे की पन्नी को अच्छी हाइड्रोफिलिसिटी के साथ 90 मिनट के लिए हवा में उजागर करने के बाद, इसकी हाइड्रोफिलिसिटी काफी कम हो जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि उच्च विशिष्ट सतह ऊर्जा वाली धातु की सतहों को कम सतह तनाव वाले तरल पदार्थों द्वारा आसानी से गीला कर दिया जाता है, क्योंकि गीला करने की प्रक्रिया सिस्टम की मुक्त ऊर्जा को कम कर देती है। नई धातु की सतह की विशिष्ट सतह ऊर्जा अधिक है (तांबे की विशिष्ट सतह ऊर्जा लगभग 1.0 J/m2 है, और एल्यूमीनियम और जस्ता की लगभग 0.7-0.9 J/m2 है), लेकिन अगर तांबे की पन्नी की सतह है विशेष रूप से नई इलेक्ट्रोलाइटिक तांबे की पन्नी की सतह जब हवा के संपर्क में आती है, यह एकल अणु सोखना परत बनाने के लिए कई गैस अणुओं को सोख लेगा। सतह के दबाव की उपस्थिति तांबे की पन्नी की सतह की अस्थिरता को काफी कम कर देती है।

गैर-ध्रुवीय गैस अणुओं के अलावा, तांबे की पन्नी की सतह हवा में धूल और कार्बनिक तेल को भी अवशोषित कर सकती है, जिससे यह अधिक हाइड्रोफोबिक हो जाता है। इसलिए, लिथियम आयन बैटरी के लिए कॉपर फ़ॉइल की पैकेजिंग को कॉपर फ़ॉइल की सतह के ऑक्सीकरण को कम करने और कॉपर फ़ॉइल की हाइड्रोफिलिसिटी बनाए रखने के लिए वैक्यूम पैकेजिंग को अपनाना चाहिए।