锂电集流体——你不知道的那些知识点

2022-03-11 17:43

对于锂离子电池集流体，你还只是知道正极集流体用铝箔，负极集流体用铜箔吗？

那究竟为什么选用这两种材料呢？为什么不选用其它材料？为什么正负极的集流体要用不一样的材料？两种材料可以反过来使用吗？还有其它更适合的材料代替它们吗？

1. 铝箔、铜箔导电性好

这一点无需过多解释，锂电池的工作原理就是化学能与电能之间的转化。而集流体的作用就是将活性物质产生的电流聚集输出或者将电极电流输入给活性物质，这里就需要导电的材料。而在众多导电材料中，金属材料是一种较好的选择。（所以这一点是根据铜箔、铝箔作为金属属性来说的）

2. 铝箔、铜箔质地软、延展性好

锂离子电池类型包括：硬壳，软包，圆柱等。其中，除了少量会采用叠片工艺外，大多数类型的锂离子电池采用了卷绕工艺。卷绕工艺就要求集流体具有一定的柔韧性（不然又怎么能像卷纸一样将其卷起来呢）。当然，为了提高锂离子电池的能量密度，集流体的厚度需尽可能薄（据查询，一般控制在10μm左右），在这么薄的厚度下，铜箔、铝箔的卷起来那也是相当“卷”。

3. 铝箔、铜箔延展性好

这一条单独来讲，而没有和上一条合并在一起来讲是有原因的。同样涉及到锂电一个常见的生产工艺——辊压。该程序是为了将活性材料压实，提高其压实密度（不然电芯的体积能量密度太低），降低内阻，提高电化学性能。辊压这一步就要求集流体有较好的延展性。当活性材料连同集流体被辊压时，活性材料涂覆面积会有变大的趋势，如果集流体没有相应的变化，活性材料极大可能会与集流体分离。其次，铜箔、铝箔较好的延展性也避免了它们由于较大的辊压压力而破裂。

4. 价格便宜

这一点不再过多解释。

5. 空气中稳定性较好

上面已经罗列了4点，不过，估计会有不少朋友会说：“铁也满足以上条件，为什么不用铁箔？”。小编为您总结了两点（欢迎补充）：一是铁的导电性并不是特别好（锂电对及流体的导电性要求还是较高的，不然发热过大会引发一系列安全问题）；二是因为铁的化学性质相对不稳定（铝的化学性质较铁活泼，但其表面会生成致密的氧化铝薄膜），铁容易生锈，生成的铁锈对电池的稳定性和安全性等是致命的。相反，铝箔、铜箔在空气中的稳定性是好的。

6. 为什么正极用铝箔，负极用铜箔，反过来呢？

这个问题问的好！

正极电位高，金属铜容易在高电位下氧化，所以不宜作正极集流体。铝的氧化电位高，且铝表面生成的致密氧化铝薄膜可以进一步保护内层的铝。当然，铝箔表面生成的钝化层并不是电子的良好导体，但该钝化层很薄，可通过隧道效应实现电子传导。

那么铝可不可以做负极集流体呢？锂和铝在一起易生成锂铝合金（LiAl、Li₃Al₂、Li₄Al₃等，铝晶格的八面体结构空隙大小与锂接近，容易形成金属间隙化合物），所以说不适合。相反，铜并不容易和锂形成铜锂合金。