锂电锂负极集流体复合材料——锂铜复合带制作方案-登录云顶集团

锂离子电池是目前综合性能最好的电池系统，由于能量比能量高、体积小、循环寿命高、无记忆效应、无污染等特点，已迅速发展成为新一代的储能电源，被用于电动汽车、混合动力汽车、航空航天等领域。

       传统负极材料主要是石油焦碳和石墨，但是随着人们对能量密度要求的不断提高，碳负极也暴露了诸多问题如：（1）克容量不足，难以满足动力电池的实际需求；（2）纯度较低，副反应较多；（3）层状结构稳定性较差，经过长时间充放电循环后易坍塌，导致比容量严重下降以及储能寿命大幅度缩短；（4）倍率性能较差，不能进行大电流充放电，否则会损害电池;（5）充放电平台过低。

      目前人们对电池能量密度要求越来越高，而锂离子电池负极材料中金属锂负极由于具有高的比容量（3860mah/g）、最低的电化学势（-3.04v）、较小的密度（0.534g/cm3），因而是最具有前景的高能锂离子电池负极材料，更是新兴产业的最佳选择。

1 锂离子电池工作原理

       锂电池是一种二次电池，主要依靠锂离子在正负极之间的往返嵌入和脱出来工作，实现能量的存储和释放。充电时，锂离子会在电场的驱动下从正极晶格中脱出，经电解质后嵌入到负极晶格中。放电过程与此相反，锂离子从负极返回正极，电子通过用电器由外电路到达正极与锂离子复合。电池放电，此时负极上的电子通过外部电路进入正极，锂离子 li 从负极进入到电解液里并到达正极，接受电子还原。

图：锂电池工作原理

2 锂电池负极铜基集流体

   拥有3860mah/g理论容量的锂金属作是一种非常理想的锂电池负极材料。针对其循环过程中易形成死锂与枝晶锂而导致穿刺隔膜，以及锂嵌入/脱出时巨大的体积变化等问题，现已经有多种解决思路，其中多孔集流体作为嵌锂主体的方法成为了近年来主要登录云顶集团的解决方案。通过多孔集流体提供的超大比表面积，能有效地降低充放电时的电流密度，使得锂离子的沉积可以相对缓慢的进行，并且提供了更多的成核位点，由此缓解枝晶锂与死锂的形成以及脱嵌锂过程中的巨大的体积变化。

（1） 高比表面积使得电流密度有效降低， 在充放电过程中， 锂离子的形核位点增多， 沉积更加均匀， 可抑制枝晶锂的生长。

（2） 大量的孔洞为负极活性物质的体积变化提供了足够的缓冲空间，增强了集流体与活性物质如锂金属的结合力， 减少循环过程中锂的脱落而形成的死锂，从而减少不可逆容量的损失。

图：平面铜箔上锂沉积行为示意图

图：多孔铜箔上锂沉积行为示意图

       现在使用铜材料用作集流体的非常多，比较常见的一般是以下几种类型：1、连续铜箔集流体，2、铜丝编织型铜网集流体，3、泡沫铜集流体，4、三维纳米多孔铜集流体。这些多孔铜箔相比于商用连续铜箔，具有许多不可比拟的优势，它可以与活性材料形成更加充分的导电网络，应对活性材料的高膨胀率问题也具备有效价值，并能减少电池的总质量等

3、锂电池负极铜基集流体制作方案

       利用机械压力把多孔铜网集流体嵌入锂金属中，形成一个3d cu/li复合电极的结构，形成一个稳定的锂金属负极。

3.1工艺流程

      ①　锂带压延：将锂带压延至0.02--0.1mm，设计一组压延，压延时上辊用离型膜保护，防止粘附辊体。下辊牵引膜保护，一并收卷。

②　锂铜双面复合：把压延好的锂带与铜箔进行双面复合，除去牵引膜再进行收卷，根据需要可对复合好的成品单面复保护膜或双面复保护膜。

3.2质量要求

铜基锂电集流体复合带表面应平直,光亮，不应有油斑或其他杂物，不得有目视可见的氧化物及氮化物，不应有皱边、孔眼、裂缝、折痕、压线等缺陷，允许有轻微的加工条纹和辊印、边缘应整齐，无裂口。

3.3 生产设备结构

机架、放卷机组、压延机组、复合机组、收卷机组、电控系统；功能包含纠偏、张力控制、无料检测、静电消除、长度计米等