鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2289次 | 2020年11月28日
鋰離子電池負(fù)極用銅箔,正極用鋁箔的原因是什么
一是銅鋁箔導(dǎo)電性好,質(zhì)地軟,價(jià)格便宜。我們都了解,鋰離子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(guò)程中,我們要一種介質(zhì)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化的電能傳遞出來(lái),這里就要導(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),在鋰離子電池中,我們重要有卷繞和疊片兩種加工方式。相關(guān)于卷繞來(lái)說(shuō),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(wèn)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(duì)來(lái)說(shuō),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比較較穩(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)用途。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)。
三是鋰離子電池正負(fù)極電位決定正極用鋁箔,負(fù)極用銅箔,而非反過(guò)來(lái)。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)用途。采用兩者做集流體都是因?yàn)閮烧邔?dǎo)電性好,質(zhì)地比較軟(可能這也會(huì)有利于粘結(jié)),也相對(duì)常見(jiàn)比較廉價(jià),同時(shí)兩者表面都能形成一層氧化物保護(hù)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L(zhǎng)iAl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(fù)極的集流體;而Cu在電池充放電過(guò)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(fù)極的集流體;Cu箔在3.75V時(shí),極化電流開(kāi)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(kāi)始不穩(wěn)定;而鋁箔在整個(gè)極化電位區(qū)間,極化電流較小,并且恒定,沒(méi)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(guò)隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電子電導(dǎo),若氧化層較厚,鋁箔導(dǎo)電性級(jí)差,甚至絕緣。一般集流體在使用前最好要經(jīng)過(guò)表面清洗,一方面洗去油污,同時(shí)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(shí)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(huì)與氧化銅/鎳發(fā)生嵌鋰發(fā)應(yīng)。而鋁箔不能用作負(fù)極,低電位下會(huì)發(fā)生LiAl合金化。