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)。

 

圖1為2001- 2006 年全球鋰離子電池市場增長狀況。2002年全球鋰離子電池銷量達到86億塊, 同比增長51%, 銷售額達到28.18億美元, 同比增長18%, 主要成長驅(qū)動力來自于手機市場, 其用量占全部銷量的6成; 2003年全球銷量達到12.55億塊, 同比增長45%, 但總體價格下降了16%, 銷售額達到36.34億美元, 同比增長29%; 2005年銷量達到17.1億塊; 2006年保守估計達到了25億塊; 預(yù)計2010年全球銷量超過30億塊, 其中動力電池和聚合物電池將成為新的增長點。

 

 

 

鋰離子電池的迅猛發(fā)展帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。銅箔是制造鋰離子電池負極集流體的關(guān)鍵材料, 其品質(zhì)的好壞直接影響到鋰離子電池的制作工藝、性能和生產(chǎn)成本。開展高性能、高附加值鋰離子電池用銅箔的研究對銅箔工業(yè)、電子、通訊、能源、交通、航天、軍事等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重大意義。

 

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(jié)構(gòu)的石墨負極中; 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(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(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。鋰離子電池對電解銅箔的性能要求(企業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn))見表1。