鉅大LARGE | 點擊量：4716次 | 2021年03月27日
詳解鋰離子電池負極用銅箔原因
關于鋰離子電池來說，通常使用的正極集流體是鋁箔，負極集流體是銅箔。為了保證集流體在電池內部穩定性，二者純度都要求在98%以上。隨著鋰電技術的不斷發展，無論是用于數碼產品的鋰離子電池還是電動汽車的電池，我們都希望電池的能量密度盡量高，電池的重量越來越輕，而在集流體這塊最重要就是降低集流體的厚度和重量，從直觀上來減少電池的體積和重量。鋰離子電池的正極為何用鋁箔，而負極用銅箔，原因有以下三點：
☆一是銅鋁箔導電性好，質地軟，價格便宜。
我們都了解，鋰離子電池工作原理是將化學能轉化為電能的一種電化學裝置，那么在這個過程中，我們要一種介質把化學能轉化的電能傳遞出來，這里就要導電的材料。而在普通材料中，金屬材料是導電性最好的材料而在金屬材料里價格便宜導電性又好的就是銅箔和鋁箔。同時，在鋰離子電池中，我們重要有卷繞和疊片兩種加工方式。相關于卷繞來說，要用于制備電池的極片具有一定的柔軟性，才能保證極片在卷繞時不發生脆斷等問題，而金屬材料中，銅鋁箔也是質地較軟的金屬。最后就是考慮電池制備成本，相對來說，銅鋁箔價格相對便宜，世界上銅和鋁元素資源豐富。
☆二是銅鋁箔在空氣中也相比較較穩定。
鋁很容易跟空氣中的氧氣發生化學反應，在鋁表面層生成一層致密的氧化膜，阻止鋁的進一步反應，而這層很薄的氧化膜在電解液中對鋁也有一定的保護用途。銅在空氣中本身比較穩定，在干燥的空氣中基本不反應。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
☆三是鋰離子電池正負極電位決定正極用鋁箔，負極用銅箔，而非反過來。
正極電位高，銅箔在高電位下很容易被氧化，而鋁的氧化電位高，且鋁箔表層有致密的氧化膜，對內部的鋁也有較好的保護用途。采用兩者做集流體都是因為兩者導電性好，質地比較軟（可能這也會有利于粘結），也相對常見比較廉價，同時兩者表面都能形成一層氧化物保護膜。
一、金屬鋁的晶格八面體空隙大小與Li大小相近，極易與Li形成金屬間隙化合物，Li和Al不僅形成了化學式為LiAl的合金，還有可能形成了Li3Al2或Li4Al3。由于金屬Al與Li反應的高活潑性，使金屬Al消耗了大量的Li，本身的結構和形態也遭到破壞，故不能作為鋰離子電池負極的集流體；而Cu在電池充放電過程中，只有很少的嵌鋰容量，并且保持了結構和電化學性能的穩定，可作為鋰離子電池負極的集流體；Cu箔在3.75V時，極化電流開始顯著增大，并且呈直線上升，氧化加劇，表明Cu在此電位下開始不穩定；而鋁箔在整個極化電位區間，極化電流較小，并且恒定，沒有觀察到明顯腐蝕現象的發生，保持了電化學性能的穩定。由于在鋰離子電池正極電位區間，Al的嵌鋰容量較小，并且能夠保持電化學穩定，適合作鋰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；而鋁表面氧化層氧化鋁屬絕緣體，氧化層不能導電，但由于其很薄，通過隧道效應實現電子電導，若氧化層較厚，鋁箔導電性級差，甚至絕緣。一般集流體在使用前最好要經過表面清洗，一方面洗去油污，同時可除去厚氧化層。
三、正極電位高，鋁薄氧化層非常致密，可防止集流體氧化。而銅/鎳箔氧化層較疏松些，為防止其氧化，電位比較低較好，同時Li難與Cu/鎳在低電位下形成嵌鋰合金，但是若銅/鎳表面大量氧化，在稍高電位下Li會與氧化銅/鎳發生嵌鋰發應。而鋁箔不能用作負極，低電位下會發生LiAl合金化。
四、集流體要求成分純。Al的成分不純會導致表面膜不致密而發生點腐蝕，更甚由于表面膜的破壞導致生成LiAl合金。
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