銅箔鋁箔在鋰電池的應(yīng)用優(yōu)勢與控制要點

鋰離子電池作為新一代綠色高能可充電電池，

具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點，在近10年來取得了飛速發(fā)展，

并以其卓越的高性價比優(yōu)勢在全球各國的筆記本電腦、移動電話、攝錄機、武器裝備等移動電子終端設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，

被認(rèn)為是21世紀(jì)對國民經(jīng)濟和人民生活具有重要意義的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

提升鋰離子電池比能量的途徑無非是使用更高容量的正負(fù)極材料，厚度更薄的隔膜紙，

厚度更薄的銅箔鋁箔，盡可能的減少其他輔助添加物。

鋰離子電池用銅箔的性能要求

鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解液組成。

充電時加在電池兩極的電勢迫使正極的嵌鋰化合物釋放出鋰離子，

通過隔膜后嵌入六方片層結(jié)構(gòu)的石墨負(fù)極中;放電時鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的石墨中析出，

重新和正極的嵌鋰化合物結(jié)合，鋰離子的移動產(chǎn)生了電流。

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和充放電過程化學(xué)反應(yīng)原理雖然很簡單，然而在實際的商業(yè)化應(yīng)用中需要考慮很多問題。

例如，正負(fù)極材料的導(dǎo)電性能、充放電電位、活性、脫插鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能、倍率性能和安全性能等，

以及電解液的穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和環(huán)境適應(yīng)性等。

除上述因素外，鋰離子電池的內(nèi)阻必須足夠小，只有這樣才能保證使用的可靠性和較長的循環(huán)壽命。

這不僅取決于正負(fù)極活性，而且與集流體有著相當(dāng)大的關(guān)系。

鋰離子電池集流體的主要材料是金屬箔（如銅箔、鋁箔），

其功用是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來，以便形成較大的電流輸出，

因此集流體應(yīng)與活性物質(zhì)充分接觸，并且內(nèi)阻應(yīng)盡可能小，

這也是鋰離子電池為什么選用價格較高的銅箔和鋁箔的主要原因。

銅箔具有良好的導(dǎo)電性、柔韌性和適中的電位，耐卷繞和輾壓，生產(chǎn)技術(shù)較成熟，

因而成為鋰離子電池負(fù)極集流體的首選材料。

銅箔在鋰離子電池中既是負(fù)極活性材料的載體，又是負(fù)極電子的收集與傳導(dǎo)體，

因此對其有特殊的技術(shù)要求，即必須具有良好的導(dǎo)電性，表面能均勻地涂敷負(fù)極材料而不脫落，并具有良好的耐蝕性。

為了保證涂敷在電解銅箔上的負(fù)極材料不會脫落，在制備時必須加入合適的粘結(jié)劑。

據(jù)涂布在線了解，目前常用的粘結(jié)劑為PVDF、PTFE、SBR、LA133等，

其粘結(jié)強度不僅取決于粘合劑本身的物理化學(xué)性能，而且與銅箔的表面特性有很大關(guān)系。

涂層的粘結(jié)強度足夠高時，可防止充放電循環(huán)過程中負(fù)極的粉化脫落，

或因過度膨脹收縮而剝離基片，降低循環(huán)容量保持率。

反之，如果粘結(jié)強度達不到要求，則隨著循環(huán)次數(shù)的增加，因涂層剝離程度加重而使電池內(nèi)阻抗不斷增大，

循環(huán)容量下降加劇。這就要求鋰離子電池用銅箔需要具有良好的親水性。

銅箔鋁箔在鋰電池的應(yīng)用優(yōu)勢與控制要點

眾所周知，不論3C數(shù)碼類電池還是新能源汽車動力電池，對比能量與充放電倍率性能的要求越來越高。

最新的國家補貼政策中規(guī)定，純電動客車系統(tǒng)能量密度大于95瓦時/kg，才能拿到100%國補，95瓦時的門檻，

估計讓不少磷酸鐵鋰系電池生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)人員愁容滿面了，“就差5瓦時/kg怎么辦？

研發(fā)的重點毫無疑問都在更高克容的正負(fù)極材料上（合計重量占比50%以上）。

磷酸鐵鋰已無潛力可挖，三元在向高鎳的進軍的途中（鎳鈷錳111—523—622—811—NCA？），

但安全是懸在空中的達摩斯利劍，隨時有可能刺破鋰電池企業(yè)的心臟，

每每前行一步，熱汗冷汗交替，做三元研發(fā)的兄弟們，真是辛苦啦。

負(fù)極方面，只能被動等待硅碳材料的成熟，硅碳的膨脹系數(shù)太高怎么辦？

壽命不足怎么辦？我聽取了哇聲一片！還有一招，采用更薄的隔膜紙！

但隔膜僅占電池重量的4~5%，隔膜太薄還會導(dǎo)致正負(fù)極短路風(fēng)險增加，結(jié)果往往得不償失。

現(xiàn)階段，鋰離子電池生產(chǎn)使用的常規(guī)銅箔厚度8μm~12μm（3C數(shù)碼類電池用銅箔已有采用6~7μm銅箔），

鋁箔的厚度12μm~20μm，作為正負(fù)極導(dǎo)電基材占鋰離子電池重量的15%~20%，

如何進一步降低銅鋁箔的重量比從而提升比能量呢？

于是，微孔銅箔鋁箔就是在這樣的環(huán)境刺激下孕育而生，橫空出世！

微孔銅箔鋁箔的現(xiàn)有規(guī)格（機械加工的方式制孔，保持箔材原有的物理性能，涂布不斷裂，0毛刺不滲漏）：

一、微孔箔材在鋰離子電池的應(yīng)用具有哪些優(yōu)勢呢？（以孔隙率17%的微孔箔為例）

1、直接有效提升鋰電池比能量;

同等規(guī)格的箔材，孔隙率17%的微孔箔，重量減少17%;同等面密度，正負(fù)極壓實提高（部分材料填充進入孔隙間）。

2、有效提升鋰電池倍率性能;

常規(guī)箔材的鋰電池，鋰離子的遷移通過箔材二維方向向極耳端擴散，箔材通孔后，

鋰離子的擴散路徑可轉(zhuǎn)化為立體全方位穿透，且可通過進入到孔隙間的正負(fù)極材料與箔材的接觸面增加，

縮小鋰離子遷移半徑，提高導(dǎo)電效率。

（個人觀點認(rèn)為鋰離子倍率性能制約瓶頸不在于電子的傳導(dǎo)，而在于鋰離子轉(zhuǎn)移效率，

如多孔狀的科琴碳黑在倍率型電池上的應(yīng)用效果就比非多孔狀的導(dǎo)電劑實驗效果更好）

3、有效降低鋰電池內(nèi)阻;

同等箔材做的對比顯示，同時使用用沖孔銅箔與鋁箔可有效降低內(nèi)阻8%~20%。

理論依據(jù)，推測是導(dǎo)電箔材與正負(fù)極接觸面增加，同時箔材自身內(nèi)阻降低的雙重效應(yīng)所致。（不確定）

個人觀點認(rèn)為：

若正負(fù)極極片涂層厚度小于箔材微孔的半徑，則內(nèi)阻會增加，反之，則內(nèi)阻降低。

涂層最外側(cè)的鋰離子到箔材表面的接觸距離與倍率性能相關(guān)，電芯設(shè)計中，

面密度高，則倍率性能的發(fā)揮可能越低。（歡迎行業(yè)朋友共同探討）

4、鋰電池電解液注入后的浸潤效率可大幅度提升，且能100%確保浸潤一致性。

常規(guī)箔材的鋰電池，電解液從縱向四周向中心擴散浸潤，打孔后是呈立體式滲透擴散，

徹底消除部分電池極片中心浸潤不到的問題。

行業(yè)內(nèi)，已有反饋單體電芯一致性不夠的原因之一就是浸潤一致性引起的。

5、提高了箔材的表面粘附力，通過孔隙間的材料，

正負(fù)極極片涂層正反兩面材料形成“工”字型咬合狀態(tài)，極片脫落的概率可大幅度降低。

6、提升極片的彎折柔軟度，更適用于柔性電池的應(yīng)用。（已有公司批量用于制作可穿戴鋰電池，性能提升明顯）

7、其它優(yōu)勢，尚需用戶進一步挖掘。

二、微孔銅箔鋁箔在鋰離子電池上的控制要點

1、涂布防滲漏;

微孔銅箔鋁箔在涂布過程中，要防止?jié){料粘度過低造成擠壓噴涂過程中，漿料從箔材孔隙間滲漏，

不同孔徑、孔隙率的箔材對漿料的粘度要求不同。以17%孔隙率，孔徑0.35mm的微孔鋁箔為例，

通過試驗表明，正極材料粘度要求在8000左右，最低不宜低過6000，擠壓式噴涂過程中，需要適當(dāng)調(diào)整傳動速度。

（漿料靜置時間過長，容易少部分滲透到另一面，快速洪干可以解決）。

2、極片分切的毛刺控制;

最后，希望已經(jīng)完成微孔銅箔或鋁箔用于鋰離子電池實驗的同行朋友們，能夠分享數(shù)據(jù)，共同交流。

另：

微孔銅箔用于鋰電容、超級電容、鎳鎘、鎳氫電池，性能提升非常明顯，

未規(guī)?；茝V開來的原因是成本問題。采用機械加工的方式制孔，生產(chǎn)效率極高，

預(yù)計規(guī)模量產(chǎn)后的成本比常規(guī)的雙光銅箔價格增幅有限（估計最終售價在13萬/噸左右）。