鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解液組成。充電時(shí)加在電池兩極的電勢(shì)迫使正極的嵌鋰化合物釋放出鋰離子, 通過(guò)隔膜后嵌入六方片層結(jié)構(gòu)的石墨負(fù)極中; 放電時(shí)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(dòng)產(chǎn)生了電流。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和充放電過(guò)程化學(xué)反應(yīng)原理雖然很簡(jiǎn)單, 然而在實(shí)際的商業(yè)化應(yīng)用中需要考慮很多問(wèn)題。例如, 正負(fù)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(zhǎng)的循環(huán)壽命。這不僅取決于正負(fù)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(lái), 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(jià)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(fù)極集流體的首選材料。

 

銅箔在鋰離子電池中既是負(fù)極活性材料的載體,又是負(fù)極電子的收集與傳導(dǎo)體, 因此對(duì)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(fù)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(fù)極材料不會(huì)脫落, 在制備時(shí)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(qiáng)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(qiáng)度足夠高時(shí), 可防止充放電循環(huán)過(guò)程中負(fù)極的粉化脫落, 或因過(guò)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(qiáng)度達(dá)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。