宣布时间：2021-01-29点击：3516
一、锂离子电池的应用概况
锂离子电池作为新一代绿色高能可充电电池, 具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无影象效应等突出优点, 在近10年来取得了飞速生长, 并以其***的高性价比优势在全球各国的条记本电脑、移动电话、摄录机、武器装备等移动电子终端装备领域占有了主导职位, 被以为是21 世纪对国民经济和人民生涯具有主要意义的高新手艺工业。
图1为2001- 2006 年全球锂离子电池市场增添状态。2002年全球锂离子电池销量抵达86亿块, 同比增添51%, 销售额抵达28.18亿美元, 同比增添18%, 主要生长驱动力来自于手机市场, 其用量占所有销量的6成; 2003年全球销量抵达12.55亿块, 同比增添45%, 但总体价钱下降了16%, 销售额抵达36.34亿美元, 同比增添29%; 2005年销量抵达17.1亿块; 2006年守旧预计抵达了25亿块; 预计2010年全球销量凌驾30亿块, 其中动力电池和聚合物电池将成为新的增添点。
锂离子电池的迅猛生长发动了相关工业的生长。铜箔是制造锂离子电池负极集流体的要害质料, 其品质的优劣直接影响到锂离子电池的制作工艺、性能和生产本钱�？垢咝阅堋⒏吒郊又碉胱拥绯赜猛难芯慷酝ひ怠⒌缱印⑼ㄑ丁⒛茉础⒔煌ā⒑教臁⒕碌裙ひ档纳び兄卮笠庖�。
二、锂离子电池用铜箔的性能要求
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。充电时加在电池南北极的电势迫使正极的嵌锂化合物释放出锂离子, 通过隔膜后嵌入六方片层结构的石墨负极中; 放电时锂离子则从片层结构的石墨中析出, 重新和正极的嵌锂化合物团结, 锂离子的移动爆发了电流。锂离子电池的结构和充放电历程化学反应原理虽然很简朴, 然而在现实的商业化应用中需要思量许多问题。例如, 正负极质料的导电性能、充放电电位、活性、脱插锂的结构稳固性能、倍率性能和清静性能等, 以及电解液的稳固性、导电性和情形顺应性等。
除上述因素外, 锂离子电池的内阻必需足够小, 只有这样才华包管使用的可靠性和较长的循环寿命。这不但取决于正负极活性, 并且与集流体有着相当大的关系。
锂离子电池集流体的主要质料是金属箔(如铜箔、铝箔), 其功用是将电池活性物质爆发的电流搜集起来, 以便形成较大的电流输出, 因此集流体应与活性物质充分接触, 并且内阻应尽可能小, 这也是锂离子电池为什么选用价钱较高的铜箔和铝箔的主要缘故原由。铜箔具有优异的导电性、柔韧性和适中的电位,耐卷绕和辗压, 生产手艺较成熟, 因而成为锂离子电池负极集流体的***质料。
铜箔在锂离子电池中既是负极活性子料的载体,又是负极电子的网络与传导体, 因此对其有特殊的手艺要求, 即必需具有优异的导电性, 外貌能匀称地涂敷负极质料而不脱落, 并具有优异的耐蚀性。为了包管涂敷在电解铜箔上的负极质料不会脱落, 在制备时必需加入合适的粘结剂。据涂布在线相识 ，现在常用的粘结剂为PVDF、PTFE、SBR、LA133等, 其粘结强度不但取决于粘合剂自己的物理化学性能, 并且与铜箔的外貌特征有很大关系。涂层的粘结强度足够高时, 可避免充放电循环历程中负极的粉化脱落, 或因太过膨胀缩短而剥离基片, 降低循环容量坚持率。反之, 若是粘结强度达不到要求, 则随着循环次数的增添, 因涂层剥离水平加重而使电池内阻抗一直增大, 循环容量下降加剧。这就要求锂离子电池用铜箔需要具有优异的亲水性。锂离子电池对电解铜箔的性能要求(企业推荐标准)见表1。
三、锂离子电池用铜箔的生长
锂离子电池是在锂电池基础上开发出的高能电池。锂离子电池的雏形为锂电池, 以金属锂作负极,由于在放电历程中电解液与锂反应, 在其外貌形成锂枝晶, 刺穿电池隔膜, 严重影响锂离子电池的使用清静和循环性能 , 不可重复使用。由于锂在碳质料中的嵌入反应电位靠近锂的电位, 且禁止易与有机溶剂反应, 有很好的嵌脱锂性能, 故商业化锂离子电池普遍接纳碳质料。1990 年日本Nagoura 等研制成以石油焦为负极的锂离子电池; 同年, Mo li和Sony 两大电池公司推出以碳为负极的锂离子电池; 1991 年日本Sony公司研发乐成用聚糠醇树脂热解碳作负极的锂离子电池 , 以后开创了锂离子电池应用的新时期。
通例锂离子电池负极的组成为石墨+ 导电剂+粘结剂+ 集流体。石墨等负极质料需涂敷于导电集流体上, 经干燥、滚压、分切等工序制成负极电极; 然后与隔膜质料和正极电极一起举行卷绕或叠片组成锂离子电池。铜箔由于具有前面所述的一系列优点而成为锂离子电池负极集流体的***质料。工业用铜箔分压延铜箔( RA 铜箔)与电解铜箔( ED 铜箔)两大类。压延铜箔具有较好的性能, 而电解铜箔的优势是本钱较低。锂离子电池生长初期, 由于其时电解铜箔的性能较低, 电池厂家所有接纳压延铜箔。但压延铜箔的生产工艺重大、本钱高, 且全球产能极端集中于少数几家公司(如日本的日矿( N ipponM in ing)、福田金属( Fukuda)、H itach iC able、M icrohard、美国的O lin brass)。近年来, 随着电解铜箔的物理、化学、机械和冶金性能的提高, 以及生产工艺简朴、效率高、本钱低等优势, 海内外大部分锂离子电池厂家都改用电解铜箔制作电池负极集流体, 但有些类型的高性能电池仍选用压延铜箔。电解铜箔有多种类型, 如高延伸率型、单面毛型、双面毛型、双面光型、双面粗化型等。压延铜箔和电解铜箔主要手艺指标比照见表2 。
四、铜箔质量对锂离子电池性能的影响
锂离子电池的基天性能包括容量、电压特征、内阻、循环寿命、贮存性能、温度特征等, 这些性能与整个电池系统的质料亲近相关。关于负极, 除负极活性子料外, 铜箔的特征与质量对电池性能和负极制作工艺(涂布、滚压、分切等)的影响重大。
1、铜箔物理性能
1.1亲水性
铜箔的亲水性与自己的组织结构及外貌粗糙度相关, 直接影响到与负极活性物质的接触能力、附着能力、电极制作历程和电极质量。电解铜箔对负极活性物质必需具备较好的粘结强度, 以便匀称地涂敷负极物质而不脱落, 不然会影响到电池内阻和循环使用寿命等, 这就要求铜箔外貌要有一定粗糙度。但据涂布在线相识 ，外貌粗糙度并不是越大越好, 随着外貌粗糙水平的增添,容易润湿的外貌变得更容易润湿、亲水性更好, 而难润湿的外貌变得更难润湿、亲水性更差。石墨等负极活性物质与外貌粗糙度大的电解铜箔接触性差、附着力低、易脱落, 直接影响电池的循环寿命。
1.2面密度
铜箔的面密度是指单位面积的质量, 反应铜箔厚度的匀称水平, 直接影响负极电极活性物质的涂敷量。铜箔的厚度匀称度若是波动太大, ***终将影响到电池容量和一致性。
1.3耐折性
差别类型的锂离子电池对负极铜箔耐折性能的要求也差别。相关于叠片式电池来说, 卷绕式电池要求铜箔具有更好的耐折性能。
1.4抗拉强度及延伸率
铜箔必需具有足够的抗拉强度及延伸率, 不然在对涂有石墨等活性物质的负极极片举行压平的历程中, 铜箔与活性物质间的接触性能会变差, 使负极的尺寸稳固性清静整性变差, 同时易爆发极片断裂等问题。这些都将影响负极制作的制品率、电池容量、内阻和循环寿命等。
2、铜箔的化学性能
电解铜箔生产中, 生箔具有较强活性, 易与空气中的氧爆发氧化反应, 故必需举行钝化处置惩罚, 形成一层氧化物�；つ�(钝化膜)。据涂布在线相识 ，若氧化膜属半导体、太厚, 电子难以导通, 阻抗较大, 将会增添电池内阻, 从而导致电池容量衰减; 若氧化层太松散, 将会降低负极活性物质的附着力。别的, 锂离子电池用有机电解液有较强的侵蚀性, 因此要求铜箔应有优异的耐蚀性。
3、铜箔外貌质量
铜箔外貌质量对负极制作历程、制作质量和电池性能都会有显着影响(表3)。外貌瑕疵将导致铜箔附着力下降, 泛起涂布露箔点、阴阳面(双面涂敷量不均) , 对电池的容量、内阻、循环寿命等爆发严重影响,甚至直接导致电极报废。锂离子电池用铜箔的外貌必需清洁、平整, 不允许有任何条纹、凹陷、针孔、黑点和机械损伤等缺陷。
五、锂离子电池用铜箔的生长趋势
随着电子产品的大宗应用, 对锂离子电池的规格和质量提出了更高的要求, 也为锂离子电池工业和铜箔工业的生长带来了新的契机, 同时对铜箔的性能和质量提出了更高的要求:
1、铜箔的性能、精度、一致性要求更高;
2、厚度更薄, 以知足锂离子电池的高体积容量要求。现在的偏向是开发厚度小于9m的铜箔;
3、对外貌举行微观处置惩罚, 以增强抗氧化、抗侵蚀和导电能力, 以及与负极活性物质的附着强度;
4、为顺应聚合物锂离子电池和高容量合金类负极质料的需要, 开发二维乃至三维铜箔。
泉源：涂布在线资讯
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