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锂电池不同的负极用什么铜箔?有什么原因?

发布者:【浩博电池资讯】   发布时间:2021-11-19 11:11:08   点击量:2806

锂电池负极用铜箔的原因


电池是使用储存在正极资猜中的锂离子以及电子在充电放电过程中反向移动从而完成正常作业的,其首要结构为正极、负极和电解液。除了首要的四大部格外,用来寄存正负极材料的集流体也是锂电池的重要组成部分,其首要功用是将电池活性物质发生的电流汇集起来,以便构成较大的电流对外输出。根据锂离子电池的作业原理和结构设计,正极和负极材料需涂覆于导电集流体上,因此集流体应与活性物质充沛触摸,并且内阻应尽或许小。


铜箔和铝箔具有出色的导电性、、已构成氧化保护膜、质地较软有利于粘结、制造技术较老练、价格相对低廉等优势,因此被挑选作为锂电池集流体的首要材料。锂电池的正极电位高,铝箔的氧化层比较细密,可防止集流体氧化,而铜在高电位下会发生嵌锂反应,不宜做正极集流体,正极集流体一般选用铝箔;而负极的电位低,铝箔在低电位下易构成铝锂合金,负极集流体一般选用铜箔,铜箔和铝箔之间不具备互替性。


锂离子电池原理图


锂电池负极用铜箔的原因


锂离子电池内部结构


锂电池负极用铜箔的原因


锂离子电池内部结构电池的负极活性物质由约90%的负极活性物质碳材料、4%~5%的乙炔黑导电剂、6%~7%的粘合剂均匀混合后,一般将配好的负极活性酱料均匀涂覆于铜箔集流体表面,活性材料厚度为50~100m,经单调、滚压、分切等工序,制得负极电极。锂电池的底子功用与整个电池系统的材料密切相关。关于负极,除负极活性材料外,铜箔的质量也对负极制造工艺及电池功用有很大影响。


锂电铜箔功用指标对锂电池的影响


锂电池负极用铜箔的原因


作为锂电池的集流体的锂电铜箔,一般厚度一般在7-20μm之间。现在新能源轿车装备的铜箔厚度为8~12μm,整车铜箔的质量达到10kg以上。锂电铜箔厚度越小,意味着电池的重量将越轻。一同,更薄的锂电铜箔也意味着更小的电阻,则电池的功用也将得到提高。因此,减轻电池上铜箔的质量,下降铜箔原材料本钱,一同供给更高的能量密度,成为动力锂电池用铜箔关键。我们认为,未来运用愈加轻浮的锂电铜箔是大趋势。


锂电铜箔功用要求


锂电池负极用铜箔的原因


为何负极用铜箔,正极用铝箔?


关于锂离子电池来说,一般运用的正极集流体是铝箔,负极集流体是铜箔。为了保证集流体在电池内部安稳性,二者纯度都要求在98%以上。跟着锂电技术的不断开展,无论是用于数码产品的锂电池还是电动轿车的电池,我们都期望电池的能量密度尽量高,电池的重量越来越轻,而在集流体这块最首要就是下降集流体的厚度和重量,从直观上来减少电池的体积和重量。锂离子电池的正极为什么用铝箔,而负极用铜箔,原因有以下三点:


锂电池负极用铜箔的原因


☆一是铜铝箔导电性好,质地软,价格廉价。


我们都知道,锂电池作业原理是将化学能转化为电能的一种电化学设备,那么在这个过程中,我们需求一种介质把化学能转化的电能传递出来,这儿就需求导电的材料。而在一般资猜中,金属材料是导电性最好的材料而在金属材料里价格廉价导电性又好的就是铜箔和铝箔。一同,在锂电池中,我们首要有卷绕和叠片两种加工方法。相关于卷绕来说,需求用于制备电池的极片具有必定的柔软性,才能保证极片在卷绕时不发生脆断等问题,而金属资猜中,铜铝箔也是质地较软的金属。最终就是考虑电池制备本钱,相对来说,铜铝箔价格相对廉价,世界上铜和铝元素资源丰富。


☆二是铜铝箔在空气中也相对比较安稳。


铝很简单跟空气中的氧气发生化学反应,在铝表面层生成一层细密的氧化膜,阻遏铝的进一步反应,而这层很薄的氧化膜在电解液中对铝也有必定的保护效果。铜在空气中本身比较安稳,在单调的空气中底子不反应。


☆三是锂电池正负极电位决定正极用铝箔,负极用铜箔,而非反过来。


正极电位高,铜箔在高电位下很简单被氧化,而铝的氧化电位高,且铝箔表层有细密的氧化膜,对内部的铝也有较好的保护效果。选用两者做集流体都是由于两者导电性好,质地比较软(或许这也会有利于粘结),也相对常见比较廉价,一同两者表面都能构成一层氧化物保护膜。


锂电池负极用铜箔的原因


一、金属铝的晶格八面体空地大小与Li大小附近,极易与Li构成金属空地化合物,Li和Al不只构成了化学式为LiAl的合金,还有或许构成了Li3Al2或Li4Al3。由于金属Al与Li反应的高生动性,使金属Al消耗了大量的Li,本身的结构和形状也遭到破坏,故不能作为锂离子电池负极的集流体;而Cu在电池充放电过程中,只有很少的嵌锂容量,并且坚持了结构和电化学功用的安稳,可作为锂离子电池负极的集流体;Cu箔在3.75V时,极化电流初步显著增大,并且呈直线上升,氧化加剧,标明Cu在此电位下初步不安稳;而铝箔在整个极化电位区间,极化电流较小,并且安稳,没有观察到显着腐蚀现象的发生,坚持了电化学功用的安稳。由于在锂离子电池正极电位区间,Al的嵌锂容量较小,并且能够坚持电化学安稳,适合作锂离子电池的正极集流体。


二、铜/镍表面氧化层归于半导体,电子导通,氧化层太厚,阻抗较大;而铝表面氧化层氧化铝属绝缘体,氧化层不能导电,但由于其很薄,经过地道效应完成电子电导,若氧化层较厚,铝箔导电性级差,甚至绝缘。一般集流体在运用前最好要经过表面清洗,一方面洗去油污,一同可除去厚氧化层。


三、正极电位高,铝薄氧化层非常细密,可防止集流体氧化。而铜/镍箔氧化层较疏松些,为防止其氧化,电位比较低较好,一同Li难与Cu/镍在低电位下构成嵌锂合金,但是若铜/镍表面大量氧化,在稍高电位下Li会与氧化铜/镍发生嵌锂发应。而铝箔不能用作负极,低电位下会发生LiAl合金化。


四、集流体要求成分纯。Al的成分不纯会导致表面膜不细密而发生点腐蚀,更甚由于表面膜的破坏导致生成LiAl合金。


锂电用铜铝箔厚度要求:


跟着近些年锂电迅猛开展,锂电池用集流体开展也很快。正极铝箔由前几年的16um下降到14um,再到12um,现在现已不少电池出产厂家现已量产运用10um的铝箔,甚至用到8um。而负极用铜箔,由于本身铜箔柔韧性较好,其厚度由之前12um下降到10um,再到8um,到现在有很大部分电池厂家量产用6um,以及部分厂家正在开发的5um/4um都是有或许运用的。由于锂电池关于运用的铜铝箔纯度要求高,材料的密度底子在同一水平,跟着开发厚度的下降,其面密度也相应下降,电池的重量自然也是越来越小,契合我们关于锂电池的需求。


锂电用铜铝箔表面粗糙度要求:


关于集流体,除了其厚度重量对锂电池有影响外,集流体表面功用对电池的出产及功用也有较大的影响。尤其是负极集流体,由于制备技术的缺点,市场上的铜箔以单面毛、双面毛、双面粗化品种为主。这种双面结构不对称导致负极双面涂层触摸电阻不对称,从而使双面负极容量不能均匀开释;一同,双面不对称也引发负极涂层粘结强度不一致,是的双面负极涂层充放电循环寿数严峻失衡,从而加速电池容量的衰减。

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