硅烷偶联剂 JH-M902在电解铜箔无铬钝化中的应用与耐蚀机制

介绍

硅烷偶联剂 JH-M902具有双官能团结构，分子两端的活性基团可分别与无机金属基体和有机组分建立化学键合，从而在界面处起到分子桥的作用。

图一 硅烷偶联剂 JH-M902

电解铜箔钝化的应用及机制

在电解铜箔钝化工艺中，硅烷偶联剂 JH-M902以无水乙醇为溶剂与 BTA 复配，通过操作简便的化学浸渍法即可在铜箔表面构建 BTA-Si 复合钝化膜。制备过程中，先将电解铜箔用蒸馏水清洗干净，浸入 BTA 与 JH-M902 的混合溶液中进行钝化处理，取出后再次冲洗并置于 60℃烘箱中恒温干燥 5 分钟即可完成成膜。通过单因素变量法对工艺参数进行优化，以 3.5 wt% NaCl 溶液中的电化学耐蚀性能为评价指标，最终确定 BTA-Si 钝化膜的最优制备条件为：BTA 浓度 3 g/L、JH-M902 浓度 10 mL/L、钝化温度 25 ℃、钝化时间 3 min。该工艺条件温和，无需复杂设备，适配工业化连续生产的需求。

电化学测试结果显示，在 3.5 wt% NaCl 腐蚀介质中，BTA-Si 钝化膜的自腐蚀电流密度仅为 1.115×10⁻⁷ A/cm²，腐蚀抑制率高达 99.56%，极化电阻达到 70932.7 Ω，年腐蚀速率仅 0.0013 mm。与空白铜箔相比，自腐蚀电流密度降低了两个数量级；与工业常用的六价铬钝化工艺相比，腐蚀抑制率提升了 16.52 个百分点；同时也显著优于单一 BTA 钝化与单一 JH-M902 硅烷钝化的效果。电化学阻抗谱（EIS）分析进一步表明，BTA-Si 钝化膜的低频阻抗模量达到 15762 Ω・cm²，腐蚀溶液与钝化膜界面的粒子转移电阻达 1788 Ω・cm²，钝化膜与铜基体界面的粒子转移电阻达 6758 Ω・cm²，说明 JH-M902 参与构建的膜层有效阻碍了腐蚀介质中带电粒子的迁移与界面电化学反应的发生。2 小时中性盐雾试验后的形貌表征也验证了其长效防护能力：空白铜箔表面出现严重点蚀与大面积氧化产物，而 BTA-Si 钝化铜箔表面无明显腐蚀痕迹，膜层保持完整致密。

图二 电化学测试结果图

硅烷偶联剂 JH-M902在钝化过程中首先发生水解反应，分子中的烷氧基转化为硅羟基（Si-OH）；部分 Si-OH 之间发生脱水缩合，形成 Si-O-Si 键合的三维有机网状结构，物理吸附于铜箔表面；另一部分 Si-OH 则与铜箔表面的 Cu-OH 发生脱水反应，生成 Si-O-Cu 化学键，实现有机膜层与金属基体的化学结合。单纯由 JH-M902 形成的硅烷膜层以物理吸附为主，与铜基体结合力较弱，在苛刻环境下易发生脱附产生缺陷；而 BTA 可与铜表面的氧化物发生化学反应，生成垂直吸附于铜箔表面的 BTA-Cu 络合物，对硅烷网状膜层起到锚定作用，同时填补硅烷膜的孔隙与缺陷，大幅提升膜层的致密性与附着力。

图二 机制图

此外，JH-M902 分子中的氨基等给电子基团与 BTA 的苯环结构协同作用，可改变铜表面的电子云分布，进一步抑制金属的阳极溶解过程，从电化学本质上增强铜箔的抗腐蚀能力。最终形成的 BTA-Si 钝化膜均匀致密，O、N、Si 元素在铜箔表面均匀分布，且膜层极薄，不会改变电解铜箔原有的晶体结构与物理性能，完全满足锂电集流体对材料厚度与导电性的严苛要求。

图三 SEM图

相比于其他无铬钝化体系，硅烷偶联剂 JH-M902与 BTA 复配在耐蚀性能上超越了铬系钝化的防护效果，同时保持了铜箔表面的平整度与导电性，能够适配高端锂电铜箔、电子电路铜箔等多个应用场景[1]。

参考文献

[1]Liu Y., Ma X., Wang S., et al. Study on the corrosion resistance of new reticulated organic polymerized film on copper foil surface[J]. Progress in Organic Coatings: An International Review Journal,2024,194. DOI:10.1016/j.porgcoat.2024.108609.