銅箔鋁箔在鋰電池的應用優(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備領域占據了主導地位，

被認為是21世紀對國民經濟和人民生活具有重要意義的高新技術產業(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構的石墨負極中;放電時鋰離子則從片層結構的石墨中析出，

重新和正極的嵌鋰化合物結合，鋰離子的移動產生了電流。

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

例如，正負極材料的導電性能、充放電電位、活性、脫插鋰的結構穩(wěn)定性能、倍率性能和安全性能等，

以及電解液的穩(wěn)定性、導電性和環(huán)境適應性等。

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

這不僅取決于正負極活性，而且與集流體有著相當大的關系。

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產生的電流匯集起來，以便形成較大的電流輸出，

因此集流體應與活性物質充分接觸，并且內阻應盡可能小，

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。

銅箔具有良好的導電性、柔韌性和適中的電位，耐卷繞和輾壓，生產技術較成熟，

因而成為鋰離子電池負極集流體的首選材料。

銅箔在鋰離子電池中既是負極活性材料的載體，又是負極電子的收集與傳導體，

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

為了保證涂敷在電解銅箔上的負極材料不會脫落，在制備時必須加入合適的粘結劑。

據涂布在線了解，目前常用的粘結劑為PVDF、PTFE、SBR、LA133等，

其粘結強度不僅取決于粘合劑本身的物理化學性能，而且與銅箔的表面特性有很大關系。

涂層的粘結強度足夠高時，可防止充放電循環(huán)過程中負極的粉化脫落，

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

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用優(yōu)勢與控制要點

眾所周知，不論3C數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。

負極方面，只能被動等待硅碳材料的成熟，硅碳的膨脹系數太高怎么辦？

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%，隔膜太薄還會導致正負極短路風險增加，結果往往得不償失。

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

鋁箔的厚度12μm~20μm，作為正負極導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化為立體全方位穿透，且可通過進入到孔隙間的正負極材料與箔材的接觸面增加，

縮小鋰離子遷移半徑，提高導電效率。

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

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

3、有效降低鋰電池內阻;

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阻8%~20%。

理論依據，推測是導電箔材與正負極接觸面增加，同時箔材自身內阻降低的雙重效應所致。（不確定）

個人觀點認為：

若正負極極片涂層厚度小于箔材微孔的半徑，則內阻會增加，反之，則內阻降低。

涂層最外側的鋰離子到箔材表面的接觸距離與倍率性能相關，電芯設計中，

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，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，需要適當調整傳動速度。

（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，能夠分享數據，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，生產效率極高，

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