對(duì)于锂離子電池來(lái)說，通常使用(yòng)的正極集流體是鋁箔，負極集流體是銅箔。爲了(le)保證集流體在電池内部穩定性，二者純度都要求在98%以上(shàng)。随着锂電技術的不斷發展，無論是用(yòng)于數碼産品的锂電池還是電動汽車的電池，我們都希望電池的能(néng)量密度盡量高(gāo)，電池的重量越來(lái)越輕，而在集流體這(zhè)塊最主要就是降低(dī)集流體的厚度和(hé)重量，從(cóng)直觀上(shàng)來(lái)減少電池的體積和(hé)重量。锂離子電池的正極爲什(shén)麽用(yòng)鋁箔，而負極用(yòng)銅箔，原因有以下(xià)三點：
一是銅鋁箔導電性好(hǎo)，質地軟，價格便宜。我們都知(zhī)道(dào)，锂電池工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)是将化學能(néng)轉化爲電能(néng)的一種電化學裝置，那麽在這(zhè)個過程中，我們需要一種介質把化學能(néng)轉化的電能(néng)傳遞出來(lái)，這(zhè)裏就需要導電的材料。而在普通材料中，金(jīn)屬材料是導電性最好(hǎo)的材料而在金(jīn)屬材料裏價格便宜導電性又好(hǎo)的就是銅箔和(hé)鋁箔。同時(shí)，在锂電池中，我們主要有卷繞和(hé)疊片兩種加工(gōng)方式。相對(duì)于卷繞來(lái)說，需要用(yòng)于制備電池的極片具有一定的柔軟性，才能(néng)保證極片在卷繞時(shí)不發生脆斷等問題，而金(jīn)屬材料中，銅鋁箔也(yě)是質地較軟的金(jīn)屬。最後就是考慮電池制備成本，相對(duì)來(lái)說，銅鋁箔價格相對(duì)便宜，世界上(shàng)銅和(hé)鋁元素資源豐富。
二是銅鋁箔在空(kōng)氣中也(yě)相對(duì)比較穩定。鋁很(hěn)容易跟空(kōng)氣中的氧氣發生化學反應，在鋁表面層生成一層緻密的氧化膜，阻止鋁的進一步反應，而這(zhè)層很(hěn)薄的氧化膜在電解液中對(duì)鋁也(yě)有一定的保護作(zuò)用(yòng)。銅在空(kōng)氣中本身比較穩定，在幹燥的空(kōng)氣中基本不反應。
三是锂電池正負極電位決定正極用(yòng)鋁箔，負極用(yòng)銅箔，而非反過來(lái)。正極電位高(gāo)，銅箔在高(gāo)電位下(xià)很(hěn)容易被氧化，而鋁的氧化電位高(gāo)，且鋁箔表層有緻密的氧化膜，對(duì)内部的鋁也(yě)有較好(hǎo)的保護作(zuò)用(yòng)。采用(yòng)兩者做集流體都是因爲兩者導電性好(hǎo),質地比較軟(可能(néng)這(zhè)也(yě)會(huì)有利于粘結)，也(yě)相對(duì)常見比較廉價，同時(shí)兩者表面都能(néng)形成一層氧化物保護膜。
一、金(jīn)屬鋁的晶格八面體空(kōng)隙大(dà)小(xiǎo)與Li 大(dà)小(xiǎo)相近，極易與Li形成金(jīn)屬間隙化合物，Li 和(hé)Al不僅形成了(le)化學式爲LiAl的合金(jīn)，還有可能(néng)形成了(le)Li3Al2或Li4Al3。由于金(jīn)屬Al與Li 反應的高(gāo)活潑性，使金(jīn)屬Al消耗了(le)大(dà)量的Li ，本身的結構和(hé)形态也(yě)遭到(dào)破壞，故不能(néng)作(zuò)爲锂離子電池負極的集流體；而Cu在電池充放(fàng)電過程中，隻有很(hěn)少的嵌锂容量，并且保持了(le)結構和(hé)電化學性能(néng)的穩定，可作(zuò)爲锂離子電池負極的集流體；Cu箔在3.75V時(shí)，極化電流開(kāi)始顯著增大(dà)，并且呈直線上(shàng)升，氧化加劇(jù)，表明(míng)Cu在此電位下(xià)開(kāi)始不穩定；而鋁箔在整個極化電位區(qū)間，極化電流較小(xiǎo)，并且恒定，沒有觀察到(dào)明(míng)顯腐蝕現(xiàn)象的發生，保持了(le)電化學性能(néng)的穩定。由于在锂離子電池正極電位區(qū)間， Al的嵌锂容量較小(xiǎo)，并且能(néng)夠保持電化學穩定，适合作(zuò)锂離子電池的正極集流體。
二、銅/鎳表面氧化層屬于半導體，電子導通，氧化層太厚，阻抗較大(dà)；而鋁表面氧化層氧化鋁屬絕緣體，氧化層不能(néng)導電，但(dàn)由于其很(hěn)薄，通過隧道(dào)效應實現(xiàn)電子電導，若氧化層較厚，鋁箔導電性級差，甚至絕緣。一般集流體在使用(yòng)前最好(hǎo)要經過表面清洗，一方面洗去油污，同時(shí)可除去厚氧化層。
三、正極電位高(gāo)，鋁薄氧化層非常緻密，可防止集流體氧化。而銅/鎳箔氧化層較疏松些(xiē)，爲防止其氧化，電位比較低(dī)較好(hǎo)，同時(shí)Li難與Cu/鎳在低(dī)電位下(xià)形成嵌锂合金(jīn)，但(dàn)是若銅/鎳表面大(dà)量氧化，在稍高(gāo)電位下(xià)Li會(huì)與氧化銅/鎳發生嵌锂發應。而鋁箔不能(néng)用(yòng)作(zuò)負極,低(dī)電位下(xià)會(huì)發生LiAl合金(jīn)化。
四、集流體要求成分純。Al的成分不純會(huì)導緻表面膜不緻密而發生點腐蝕，更甚由于表面膜的破壞導緻生成LiAl合金(jīn)。
鈉電集流體材料
與锂不同，由于鋁和(hé)鈉在低(dī)電位不會(huì)發生合金(jīn)化反應，鈉離子電池正極和(hé)負極的集流體都可使用(yòng)廉價的鋁箔而不是成本更高(gāo)的銅箔。據判斷，鈉離子電池集流體鋁箔與锂電池基本相同，性能(néng)要求基本接近。
锂電用(yòng)銅鋁箔厚度要求
随着近些(xiē)年锂電迅猛發展，锂電池用(yòng)集流體發展也(yě)很(hěn)快(kuài)。正極鋁箔由前幾年的16um降低(dī)到(dào)14um，再到(dào)12um，現(xiàn)在已經不少電池生産廠(chǎng)家已經量産使用(yòng)10um的鋁箔，甚至用(yòng)到(dào)8um。而負極用(yòng)銅箔，由于本身銅箔柔韌性較好(hǎo)，其厚度由之前12um降低(dī)到(dào)10um，再到(dào)8um，到(dào)目前有很(hěn)大(dà)部分電池廠(chǎng)家量産用(yòng)6um，以及部分廠(chǎng)家正在開(kāi)發的5um/4um都是有可能(néng)使用(yòng)的。由于锂電池對(duì)于使用(yòng)的銅鋁箔純度要求高(gāo)，材料的密度基本在同一水(shuǐ)平，随着開(kāi)發厚度的降低(dī)，其面密度也(yě)相應降低(dī)，電池的重量自(zì)然也(yě)是越來(lái)越小(xiǎo)，符合我們對(duì)于锂電池的需求。
锂電用(yòng)銅鋁箔表面粗糙度要求:
對(duì)于集流體，除了(le)其厚度重量對(duì)锂電池有影響外(wài)，集流體表面性能(néng)對(duì)電池的生産及性能(néng)也(yě)有較大(dà)的影響。尤其是負極集流體，由于制備技術的缺陷，市場上(shàng)的銅箔以單面毛、雙面毛、雙面粗化品種爲主。這(zhè)種兩面結構不對(duì)稱導緻負極兩面塗層接觸電阻不對(duì)稱，進而使兩面負極容量不能(néng)均勻釋放(fàng)；同時(shí)，兩面不對(duì)稱也(yě)引發負極塗層粘結強度不一緻，是的兩面負極塗層充放(fàng)電循環壽命嚴重失衡，進而加快(kuài)電池容量的衰減。
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