對于鋰離子電池來說，通常使用的正極集流體是鋁箔，負極集流體是銅箔。為了保證集流體在電池內(nèi)部穩(wěn)定性，二者純度都要求在98%以上。隨著鋰電技術(shù)的不斷發(fā)展，無論是用于數(shù)碼產(chǎn)品的鋰電池還是電動汽車的電池，我們都希望電池的能量密度盡量高，電池的重量越來越輕，而在集流體這塊最主要就是降低集流體的厚度和重量，從直觀上來減少電池的體積和重量。鋰離子電池的正極為什么用鋁箔，而負極用銅箔，原因有以下三點：

 

☆一是銅鋁箔導(dǎo)電性好，質(zhì)地軟，價格便宜。

 

我們都知道，鋰電池工作原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種電化學(xué)裝置，那么在這個過程中，我們需要一種介質(zhì)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化的電能傳遞出來，這里就需要導(dǎo)電的材料。而在普通材料中，金屬材料是導(dǎo)電性最好的材料而在金屬材料里價格便宜導(dǎo)電性又好的就是銅箔和鋁箔。同時，在鋰電池中，我們主要有卷繞和疊片兩種加工方式。相對于卷繞來說，需要用于制備電池的極片具有一定的柔軟性，才能保證極片在卷繞時不發(fā)生脆斷等問題，而金屬材料中，銅鋁箔也是質(zhì)地較軟的金屬。最后就是考慮電池制備成本，相對來說，銅鋁箔價格相對便宜，世界上銅和鋁元素資源豐富。

 

☆二是銅鋁箔在空氣中也相對比較穩(wěn)定。

 

鋁很容易跟空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在鋁表面層生成一層致密的氧化膜，阻止鋁的進一步反應(yīng)，而這層很薄的氧化膜在電解液中對鋁也有一定的保護作用。銅在空氣中本身比較穩(wěn)定，在干燥的空氣中基本不反應(yīng)。

 

☆三是鋰電池正負極電位決定正極用鋁箔，負極用銅箔，而非反過來。

 

正極電位高，銅箔在高電位下很容易被氧化，而鋁的氧化電位高，且鋁箔表層有致密的氧化膜，對內(nèi)部的鋁也有較好的保護作用。采用兩者做集流體都是因為兩者導(dǎo)電性好，質(zhì)地比較軟（可能這也會有利于粘結(jié)），也相對常見比較廉價，同時兩者表面都能形成一層氧化物保護膜。

 

一、金屬鋁的晶格八面體空隙大小與Li 大小相近，極易與Li形成金屬間隙化合物，Li 和Al不僅形成了化學(xué)式為LiAl的合金，還有可能形成了Li3Al2或Li4Al3。由于金屬Al與Li 反應(yīng)的高活潑性，使金屬Al消耗了大量的Li ，本身的結(jié)構(gòu)和形態(tài)也遭到破壞，故不能作為鋰離子電池負極的集流體；而Cu在電池充放電過程中，只有很少的嵌鋰容量，并且保持了結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的穩(wěn)定，可作為鋰離子電池負極的集流體；Cu箔在3.75V時，極化電流開始顯著增大，并且呈直線上升，氧化加劇，表明Cu在此電位下開始不穩(wěn)定；而鋁箔在整個極化電位區(qū)間，極化電流較小，并且恒定，沒有觀察到明顯腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，保持了電化學(xué)性能的穩(wěn)定。由于在鋰離子電池正極電位區(qū)間， Al的嵌鋰容量較小，并且能夠保持電化學(xué)穩(wěn)定，適合作鋰離子電池的正極集流體。

 

二、銅/鎳表面氧化層屬于半導(dǎo)體，電子導(dǎo)通，氧化層太厚，阻抗較大；而鋁表面氧化層氧化鋁屬絕緣體，氧化層不能導(dǎo)電，但由于其很薄，通過隧道效應(yīng)實現(xiàn)電子電導(dǎo)，若氧化層較厚，鋁箔導(dǎo)電性級差，甚至絕緣。一般集流體在使用前最好要經(jīng)過表面清洗，一方面洗去油污，同時可除去厚氧化層。

 

三、正極電位高，鋁薄氧化層非常致密，可防止集流體氧化。而銅/鎳箔氧化層較疏松些，為防止其氧化，電位比較低較好，同時Li難與Cu/鎳在低電位下形成嵌鋰合金，但是若銅/鎳表面大量氧化，在稍高電位下Li會與氧化銅/鎳發(fā)生嵌鋰發(fā)應(yīng)。而鋁箔不能用作負極，低電位下會發(fā)生LiAl合金化。

 

四、集流體要求成分純。Al的成分不純會導(dǎo)致表面膜不致密而發(fā)生點腐蝕，更甚由于表面膜的破壞導(dǎo)致生成LiAl合金。