對(duì)于鋰離子電池來說，通常使用的正極集流體是鋁箔，負(fù)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(dòng)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。

 

　　鋰電用銅鋁箔厚度要求

 

　　隨著近些年鋰電迅猛發(fā)展，鋰電池用集流體發(fā)展也很快。正極鋁箔由前幾年的16um降低到14um，再到12um，現(xiàn)在已經(jīng)不少電池生產(chǎn)廠家已經(jīng)量產(chǎn)使用10um的鋁箔，甚至用到8um。而負(fù)極用銅箔，由于本身銅箔柔韌性較好，其厚度由之前12um降低到10um，再到8um，到目前有很大部分電池廠家量產(chǎn)用6um，以及部分廠家正在開發(fā)的5um/4um都是有可能使用的。由于鋰電池對(duì)于使用的銅鋁箔純度要求高，材料的密度基本在同一水平，隨著開發(fā)厚度的降低，其面密度也相應(yīng)降低，電池的重量自然也是越來越小，符合我們對(duì)于鋰電池的需求。

 

　　鋰電用銅鋁箔表面粗糙度要求

 

　　對(duì)于集流體，除了其厚度重量對(duì)鋰電池有影響外，集流體表面性能對(duì)電池的生產(chǎn)及性能也有較大的影響。尤其是負(fù)極集流體，由于制備技術(shù)的缺陷，市場(chǎng)上的銅箔以單面毛、雙面毛、雙面粗化品種為主。這種兩面結(jié)構(gòu)不對(duì)稱導(dǎo)致負(fù)極兩面涂層接觸電阻不對(duì)稱，進(jìn)而使兩面負(fù)極容量不能均勻釋放；同時(shí)，兩面不對(duì)稱也引發(fā)負(fù)極涂層粘結(jié)強(qiáng)度不一致，是的兩面負(fù)極涂層充放電循環(huán)壽命嚴(yán)重失衡，進(jìn)而加快電池容量的衰減。

 

　　同理，正極鋁箔也盡量向雙面對(duì)稱結(jié)構(gòu)發(fā)展，但是目前受到鋁箔制備工藝的影響，主要還是用單面光鋁箔。由于鋁箔基本都是由厚度較大的鋁錠軋制而成，在軋制過程中需要控制鋁錠與軋輥的接觸，所以一般都會(huì)對(duì)鋁箔表面進(jìn)行添加潤滑劑，來保護(hù)鋁錠和軋輥，而表面的潤滑劑對(duì)電池極片有一定的影響，因此，對(duì)鋁箔來說，表面除潤滑劑也是關(guān)鍵因素。

 

　　為什么負(fù)極用銅箔，正極用鋁箔？

 

　　一是銅鋁箔導(dǎo)電性好，質(zhì)地軟，價(jià)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(gè)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(jià)格便宜導(dǎo)電性又好的就是銅箔和鋁箔。同時(shí)，在鋰電池中，我們主要有卷繞和疊片兩種加工方式。相對(duì)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(shí)不發(fā)生脆斷等問題，而的金屬材料中，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(duì)來說，銅鋁箔價(jià)格相對(duì)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(duì)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(jìn)一步反應(yīng)，而這層很薄的氧化膜在電解液中對(duì)鋁也有一定的保護(hù)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(fù)極電位決定正極用鋁箔，負(fù)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(duì)內(nèi)部的鋁也有較好的保護(hù)作用。

 

　　2、集流體類別及制備工藝流程

 

　　銅箔種類

 

　　根據(jù)銅箔制備方法，主要有壓延銅箔和電解銅箔兩種。電池發(fā)明的早期，由于銅箔制備工藝設(shè)備技術(shù)等的限制，主要使用成本較高的壓延銅箔，壓延銅箔(RolledCopperFoil)是將銅板經(jīng)過多次重復(fù)輥軋而制成的原箔(也叫毛箔)，根據(jù)要求進(jìn)行粗化處理。

 

　　壓延銅箔

 

　　解銅箔(ElectrodePositedcopper)是將銅先經(jīng)溶解制成溶液，再在專用的電解設(shè)備中將硫酸銅電解液在直流電的作用下，電沉積而制成原箔，然后根據(jù)要求對(duì)原箔進(jìn)行表面處理、耐熱層處理及防氧化處理等一系列的表面處理。電解銅箔不同于壓延銅箔，電解銅箔兩面表面結(jié)晶形態(tài)不同，緊貼陰極輥的一面比較光滑，稱為光面；另一面呈現(xiàn)凹凸形狀的結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)，比較粗糙，稱為毛面。

 

　　電解銅箔

 

　　銅箔制備工藝流程

 

　?。?）壓延銅箔制備流程

 

　　壓延銅箔是將銅板經(jīng)過多次重復(fù)輥軋，并且進(jìn)行一定溫度的退火，反復(fù)酸洗軋制而成的。銅箔軋制工藝參數(shù)控制嚴(yán)格，對(duì)設(shè)備及工藝控制的要求很高，目前主要是日本在生產(chǎn)，少量用于鋰電池上。

 

　　（2）電解銅箔制備流程

 

　　電解銅箔是將銅溶解制成溶液，在特制的溶解容器中將硫酸銅電解液在直流電的作用下，電沉積而制成原箔，然后根據(jù)要求對(duì)原箔進(jìn)行表面處理、耐熱層處理及防氧化處理等一系列的表面處理。

 

　　相比較壓延銅箔，電解銅箔的制備相對(duì)簡單，設(shè)備要求相對(duì)簡單，成本相對(duì)較低。鋰離子電池用銅箔大部分使用電解銅箔作為負(fù)極基材。

 

　　電解銅箔在制備的過程中，由于銅箔在電解時(shí)是依靠含銅電解液在鈦輥上生箔的，所以銅箔在貼近鈦輥面是光滑的，稱作光面；另一面是凸凹不平的結(jié)晶組織面，是相對(duì)較粗糙的，稱作毛面。

 

　　在電解銅箔制備過程中需要控制電解液溫度、電解液濃度、添加劑含量以及生箔時(shí)電解液的流速等因素。對(duì)于鋰電用電解銅箔，前期制箔過程中控制的因素會(huì)影響到銅箔本身的純度、厚度/重量均勻性、強(qiáng)度和延伸率等性能。電解銅箔經(jīng)過電解生成后的厚度一般就是生產(chǎn)廠家需要的厚度，后期需要對(duì)銅箔表面進(jìn)行清洗處理，除去表面殘留的電解液，表面抗氧化處理以及干燥處理。在這過程中，表面處理的成都直接影響著銅箔表面光潔度，以及銅箔表面的張力問題。表面處理后需要符合鋰電用銅箔涂覆要求，過于光滑涂覆效果差，過于粗糙對(duì)電池性能均一性有影響，同時(shí)，表面處理后銅箔的表面張力對(duì)于后期銅箔的分切效率及電池制備工序起著很重要的作用。

 

　　銅箔表面處理完成后就需要分切，分切成鋰電廠家需要的寬度和長度。對(duì)于大量使用銅箔基材的廠家，希望銅箔寬度適合，銅箔長度在可搬運(yùn)范圍內(nèi)長度越長越好，這樣可以提高批量生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。但是目前由于受到制箔設(shè)備和分切設(shè)備等的影響，銅箔長度一般都在2500m范圍以內(nèi)。