北京大学锂电池比较厉害的老师

A. 铜箔的用途有哪些

电解铜箔的用途与要求（2）
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1.4.2 电解铜箔的基本要求

1)外观品质

铜箔两面不得有划痕、 压坑、 皱褶、 灰尘、 油、 腐蚀物、 指印、 针孔与渗透点以及其他影响寿命、 使用性或铜箔外观的缺陷。

2)单位面积质量

在制造印刷线路板时, 一般来说, 在制造工艺相同的条件下, 铜箔厚度越薄, 制作的线路精度越高。但是, 随着铜箔厚度的降低, 铜箔质量更难控制, 对铜箔的生产工艺要求就越高。一般双面印刷线路板和多层板的外层线路使用厚度0.035mm铜箔, 多层板的内层线路使用厚度0.018mm铜箔。0.070mm的铜箔多用于多层板的电源层电路。随着电子技术水平的不断提高, 对印刷线路的精度要求越来越高, 现在已大量使用0.012mm铜箔, 0.009mm、 0.005mm的载体铜箔也在使用。

3)剥离强度

在制造印刷线路板时, 铜箔的重要特性在铜箔标准中都有明确要求。但对剥离强度, 无论是IEC、 IPC、 JIS还是GB/T5230, 都没有对此作出明确要求, 仅规定剥离强度应符合采购文件规定或由供需双方商定。对于PCB用电解铜箔, 所有性能中最重要的就是剥离强度。铜箔压合在覆铜板的外表面, 如果剥离强度不良, 则蚀刻形成的铜箔线条可能比较容易与绝缘基板材料的表面脱开。为使铜箔与基材之间具有更强的结合力, 需要对生箔的毛面(与基材结合面)进行粗化层处理, 在表面形成牢固的瘤状和树枝状结晶并且有较高展开度的粗糙面, 达到高比表面积, 加强树脂(基材上的树脂或铜箔粘合剂树脂)渗入的附着嵌合力, 还可增加铜与树脂的化学亲和力。

一般, 印刷线路板外层用电解铜箔, 剥离强度需要大于1.34kg/cm。

4)抗氧化性

20世纪90年代以来, 由于印刷电路技术的发展, 要求形成印刷电路板的覆铜箔层压板必须能经受比过去更高的温度和更长时间的热处理。对铜箔表面, 尤其是对焊接面(铜箔光面)的抗热氧化变色性能提出了更高的要求。

除以上4项主要性能要求外, 对铜箔的电性能、 力学性能、 可焊性、 铜含量等均有严格要求。具体可参见IPC-4562《印刷线路用金属箔标准》。

锂离子电池用电解铜箔, 目前还没有统一的国标或行业标准。

1.4.3 电解铜箔发展趋势

电解铜箔的发展一直追随着PCB技术的发展, 而PCB则随着电子产品的日新月异不断提高。电子器件日趋小型化, 印刷电路表面安装技术的不断发展以及多层印刷电路板生产的不断增长而促使印刷电路趋向细密化、 高可靠性、 高稳定性、 高功能化方向发展, 由此对电解铜箔的性能、 品种提出了更新更高的要求, 使电解铜箔技术出现了全新的发展趋势。缺陷少、 细晶粒、 低表面粗糙度、 高强度、 高延展性、 更加薄的高性能电解铜箔将会广泛地应用在高档次、 多层化、 薄型化、 高密度化的印刷电路板上, 据估计其市场应用比例将达到40%以上。

①优异的抗拉强度及伸长率铜箔。常态下的高抗拉强度及高延伸率, 可以改善电解铜箔的加工处理特性, 增强刚性避免皱纹以提高生产合格率。高温延伸性(THE)铜箔及高温下高抗拉强度铜箔, 可以提高印刷板的热稳定性, 避免变形及翘曲。

②低轮廓铜箔。多层板的高密度布线技术的进步, 使得传统型的电解铜箔不适应制造高精细化印制板图形电路的需要。因此, 新一代铜箔——低轮廓(low proffle, LP)和超低轮廓(VLP)电解铜箔相继出现。毛面粗糙度为一般粗化处理铜箔的1/2以下为低轮廓铜箔, 毛面粗糙度为一般粗化处理铜箔的1/3以下为超低轮廓铜箔。低轮廓铜箔的结晶很细腻, 为等轴晶粒, 不含柱状晶体, 是成片层晶体, 且棱线平坦、 表面粗糙度低, 一般同时具备高温高延伸率和高抗拉强度。超低轮廓铜箔(VLP)表面粗糙度更低, 平均粗糙度为0.55μm(一般铜箔为1.40μmm), 同时, 具有更好的尺寸稳定性, 更高的硬度等特点。

B. 北大周欢萍团队在钙钛矿太阳能电池高效稳定研究上获重要进展

有机阳离子以及卤素阴离子空位缺陷是制约钙钛矿太阳能电池高效率以及长期稳定性的主要因素，如何同时消除这两种缺陷是当下的难题。基于此，北京大学工学院周欢萍研究员课题组提出一种新的消除机制，即在钙钛矿活性层中引入氟化物，利用氟极高的电负性，实现氟化物同时与有机阳离子形成强氢键以及与铅离子形成强离子键的双重效果。研究从而有效消除了有机阳离子以及卤素阴离子的空位缺陷，大大提升了电池的光电转换效率和长期稳定性。相关研究于2019年5月13日在国际顶级学术期刊《自然能源》( Nature Energy )上发表，题为“Cation and anion immobilization through chemical bonding enhancement with fluorides for stable halide perovskite solar cells”(doi:10.1038/s41560-019-0382-6)。

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源备受研究人员关注，而将太阳能转换为电能的太阳能电池也是世界上众多课题组青睐的材料。近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本的优势获得了学术界和产业界的众多关注，而其光电转换效率也在短短几年内迅速提升至24.2％，是单节电池中当下效率最高的薄膜太阳能电池。

然而，这类电池稳定性不佳是严重阻碍其商业化应用的主要因素。相比于传统无机光伏材料，有机-无机杂化钙钛矿材料晶格较软，且是一种离子晶体，易在外界环境的干扰下发生离子迁移，形成大量的空位缺陷，从而诱导晶格塌缩以及组分分解，从而使其不再具备优异的光电转换能力。

在众多的空位缺陷中，卤素阴离子和有机阳离子空位由于其较低的缺陷形成能而普遍存在于钙钛矿表面以及晶界，该两种空位缺陷不仅会影响太阳能电池的工作效率，且会诱导钙钛矿晶体的进一步退化，形成更多的体相缺陷。针对这两种缺陷之前报道的工作主要集中在钝化单一缺陷，即有机阳离子或卤化物空位，无法做到“鱼与熊掌兼得”。如何同时消除这两种缺陷，实现钙钛矿太阳能电池的更高效率和高稳定性是钙钛矿材料目前最为棘手的问题。

针对上述重要问题，周欢萍课题组提出了一种全新的消除机制，即通过在钙钛矿活性层中引入氟化钠，利用氟极高的电负性，实现氟化物同时与有机阳离子形成强氢键以及与铅离子形成强离子键的双重效果。基于此离子键和氢键的化学键调制，可以固定钙钛矿组分中的有机阳离子和卤素阴离子，从而消除了相应的空位缺陷，电池效率和稳定性都得到了明显提升。氟化钠引入的电池器件最高效率达到了21.92％(认证值为21.7％)，且没有明显的迟滞现象。同时，引入氟化钠的器件表现出优异的热稳定性和光稳定性，在一个太阳的连续光照射或85°C加热1000小时后，器件仍可分别保持原有效率的95％和90％，在最大功率点处连续工作1000小时后可以保持原有效率的90%。该方法解决了钛矿太阳能电池中限制其稳定性的两个重要因素——有机阳离子和卤素阴离子空位，并可推广至其他的钙钛矿光电器件；且化学键调制的方法对于其他面临类似问题的无机半导体器件也具有重要参考意义。

该论文的第一作者是周欢萍课题组的2017级博士生李能旭，周欢萍特聘研究员为通讯作者。合作者还包括埃因霍温理工大学Shuxia Tao课题组和北京理工大学陈棋课题组、北京理工大学洪家旺课题组、香港大学杨世和课题组、中南大学谢海鹏老师、特温特大学Geert Brocks教授等。该工作得到了国家自然科学基金委、 科技 部、北京市自然科学基金、北京市科委、先进电池材料理论与技术北京市重点实验室等联合资助。

周欢萍课题组近期致力于提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，取得的一系列重要进展相继在 Science (DOI: 10.1126/science.aau5701), Nature Energy (DOI: 10.1038/s41560-019-0382-6), Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-019-09093-1;DOI: 10.1038/s41467-019-08507-4 和 DOI: 10.1038/s41467-018-05076-w)， Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201900390)， Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021/jacs.7b11157) 上发表。