锂离子电池用不同的材料和工艺做检测都有什么区别？

组成锂离子电池的四大首要部分是正极材料、负极材料、阻隔膜和电解液。但是，除了首要的四大部分外，用来存放正负极材料的集流体也是锂电池的重要组成部分。今日我们就来聊聊锂电池正负极集流体材料

一、集流体底子信息

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，为了确保集流体在电池内部稳定性，二者纯度都要求在98%以上。跟着锂电技术的不断展开，无论是用于数码产品的锂电池仍是电动汽车的电池，我们都希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。

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锂电用铜铝箔厚度要求

跟着近些年锂电迅猛展开，锂电池用集流体展开也很快。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，因为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。因为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，电池的重量天然也是越来越小，符合我们关于锂电池的需求。

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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，因为制备技术的缺陷，市场上的铜箔以单面毛、双面毛、双面粗化种类为主。这种双面结构不对称导致负极双面涂层接触电阻不对称，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重失衡，从而加速电池容量的衰减。

同理，正极铝箔也尽量向双面对称结构展开，但是现在遭到铝箔制备工艺的影响，首要仍是用单面光铝箔。因为铝箔底子都是由厚度较大的铝锭轧制而成，在轧制过程中需求控制铝锭与轧辊的接触，所以一般都会对铝箔表面进行添加光滑剂，来保护铝锭和轧辊，而表面的光滑剂对电池极片有必定的影响，因此，对铝箔来说，表面除光滑剂也是要害要素。

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为什么负极用铜箔，正极用铝箔?

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，才干确保极片在卷绕时不发生脆断等问题，而的金属资猜中，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稳定。铝很简略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稳定，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略被氧化，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。

二、集流体类别及制备工艺流程

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铜箔种类

根据铜箔制备方法，首要有压延铜箔和电解铜箔两种。电池发明的前期，因为铜箔制备工艺设备技术等的限制，首要运用本钱较高的压延铜箔，压延铜箔(RolledCopperFoil)是将铜板通过多次重复辊轧而制成的原箔(也叫毛箔)，根据要求进行粗化处理。

解铜箔(ElectrodePositedcopper)是将铜先经溶解制成溶液，再在专用的电解设备中将硫酸铜电解液在直流电的效果下，电堆积而制成原箔，然后根据要求对原箔进行表面处理、耐热层处理及防氧化处理等一系列的表面处理。电解铜箔不同于压延铜箔，电解铜箔双面表面结晶形状不同，紧贴阴极辊的一面比较光滑，称为光面;另一面出现凹凸形状的结晶安排结构，比较粗糙，称为毛面。

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铜箔制备工艺流程

(1)压延铜箔制备流程

压延铜箔是将铜板通过多次重复辊轧，并且进行必定温度的退火，反复酸洗轧制而成的。铜箔轧制工艺参数控制严厉，对设备及工艺控制的要求很高，现在首要是日本在出产，少数用于锂电池上。

(2)电解铜箔制备流程

电解铜箔是将铜溶解制成溶液，在特制的溶解容器中将硫酸铜电解液在直流电的效果下，电堆积而制成原箔，然后根据要求对原箔进行表面处理、耐热层处理及防氧化处理等一系列的表面处理。

相比较压延铜箔，电解铜箔的制备相对简略，设备要求相对简略，本钱相对较低。锂离子电池用铜箔大部分运用电解铜箔作为负极基材。

电解铜箔在制备的过程中，因为铜箔在电解时是依托含铜电解液在钛辊上生箔的，所以铜箔在接近钛辊面是光滑的，称作光面;另一面是凸凹不平的结晶安排面，是相对较粗糙的，称作毛面。

在电解铜箔制备过程中需求控制电解液温度、电解液浓度、添加剂含量以及生箔时电解液的流速等要素。关于锂电用电解铜箔，前期制箔过程中控制的要素会影响到铜箔本身的纯度、厚度/重量均匀性、强度和延伸率等功用。电解铜箔通过电解生成后的厚度一般就是出产厂家需求的厚度，后期需求对铜箔表面进行清洗处理，除掉表面残留的电解液，表面抗氧化处理以及单调处理。在这过程中，表面处理的成都直接影响着铜箔表面光洁度，以及铜箔表面的张力问题。

表面处理后需求符合锂电用铜箔涂覆要求，过于光滑涂覆效果差，过于粗糙对电池功用均一性有影响，一同，表面处理后铜箔的表面张力关于后期铜箔的分切功率及电池制备工序起着很重要的效果。

铜箔表面处理完成后就需求分切，分切成锂电厂家需求的宽度和长度。关于很多运用铜箔基材的厂家，希望铜箔宽度合适，铜箔长度在可转移规划内长度越长越好，这样可以前进批量出产功率，下降出产本钱。但是现在因为遭到制箔设备和分切设备等的影响，铜箔长度一般都在2500m规划以内。

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铝箔种类

铝箔首要以轧制的方法制备而成，其分类方法首要是按照杂质种类及含量分类，锂电用铝箔首要有1系、3系和8系铝箔，分别是工业纯铝、铝锰系及铝与其他不常见元素。

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铝箔的制备工艺流程

铝箔出产首要是通过将铝箔胚料通过多次轧制多次热处理轧制成需求的厚度。在这个过程中首要有粗轧和精轧两道工序，精轧后会对铝箔进行表面处理，最终将铝箔分切成锂电厂家需求的宽度和长度，在这个过程中也需求很好的控制铝箔的张力。

一般锂电池用铝箔出产厂家运用上游供货商提供的铝锭进行轧制，所以铝锭的成分底子已定，后期对铝箔的强度延伸率的需求都是通过控制轧制压力和控制热处理工艺来完成的。铜箔首要供货商跟着电子产品的不断展开，全球对锂电池的依靠越来越激烈，对锂离子电池材料的需求也越来越多，随之带来的更多的材料供货商。负极集流体铜箔的供货商也从国外逐步转向国内。关于全球而言，铜箔供货商首要分布在亚洲地区，首要有日本的三井金属、日本动力、古河电工、福田金属和日光材料等，还有韩国榜首大厂日进公司，以及台湾的长春铜箔和南亚塑胶。全球最大铜箔厂是三井金属，分布于日本、台湾、美国、法国和马来西亚各地。中国国内供货商首要有上海金宝、广东梅县梅雁电解铜箔、灵宝华鑫铜箔、中科英华高技术、惠州联合铜箔以及其他一些较小的厂商，首要是出产电解铜箔。国内铜箔产品产量相对较低，一般不能彻底满足锂电池厂商的需求，需求从国外进口部分产品，一同国内也缺少中高端铜箔，比如高强度高韧性、超薄铜箔。

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铝箔首要供货商

铝箔供货商相对较少，国内首要有福来顺、杭州五星、华西铝业、南南铝业、四方达公司、中南铝业、上海美铝以及深圳市振鑫箔电子包装材料等供货商。国外也是首要会合在日本，首要是日本的东洋铝业和日立金属等。

三、一些特别集流体

特别集流体首要是针对特别需求功用的锂电池，或许是未为了开发更高功用材料的集流体。前段时间有相关专家提出“无负极电池”，其实就是幻想负极铜箔被金属锂替代，并且锂层很薄;一同，也有专家提出用廉价铁替代价格较高的铜。但是这些信息发布后很快就遭到质疑：从锂层、铁箔材料本身来看，功用方面满足不了锂电池说需求的高功用，从制作工序和设备来看，很难满足出产，最终的本钱问题也底子很难处理。

而也有研发团队不必其他材料替代负极基材铜箔，而是从铜箔本身启航，对其进行相应的处理，来改进功用，优化锂电池的功用。从最直观的就是跟铜箔供货商合作开发高强度高延伸率的铜箔，以及开发更薄的铜箔，来前进电池能量密度;别的，就是采用铜网来前进电池能量密度。

石墨烯包覆铝箔集流体的抗电化学腐蚀的示意图

WangM,TangM,ChenS,etal.Graphene-ArmoredAluminumFoilwithEnhancedAnticorrosionPerformanceasCurrentCollectorsforLithium-ionBattery[J].AdvancedMaterials,2017,29(47).

关于铝箔，首要是对现有铝箔进行表面处理，比如粗化处理，清洁处理，或许在铝箔表面涂上导电碳。最近研讨较多的是涂炭铝箔，在正常铝箔表面涂上一层很薄的导电碳（如上图举例），来优化电池功用。