鋰離子電池用微孔銅箔
微孔銅箔作為一種新型銅箔，具有質(zhì)量輕、柔軟度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提升鋰離子電池比能量和充放電倍率具有顯著效果。其在鋰電的性能優(yōu)勢(shì)有待進(jìn)一步發(fā)掘，但其抗拉伸強(qiáng)度、延伸率、抗氧化性能等還需進(jìn)一步提高。
? 產(chǎn)品詳情
? ? ? ? 摘要：隨著3C類產(chǎn)品和新能源汽車對(duì)鋰離子電池性能要求的提升，開發(fā)高比能量和高充放電倍率的鋰離子電池勢(shì)在必行。銅箔作為鋰電負(fù)極材料的集流體，約占鋰離子電池重量的10%。微孔銅箔是一種新型銅箔，具有質(zhì)量輕、柔軟度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提升鋰離子電池比能量和充放電倍率具有顯著效果，有望成為鋰電行業(yè)的主要銅箔材料。
? ? ? ?關(guān)鍵詞：電解銅箔；微孔銅箔；鋰離子電池；集流體
? ? ? ?摘要：隨著3C類產(chǎn)品和新能源汽車對(duì)鋰離子電池性能要求的提升，開發(fā)高比能量和高充放電倍率的鋰離子電池勢(shì)在必行。銅箔作為鋰電負(fù)極材料的集流體，約占鋰離子電池重量的10%。微孔銅箔是一種新型銅箔，具有質(zhì)量輕、柔軟度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提升鋰離子電池比能量和充放電倍率具有顯著效果，有望成為鋰電行業(yè)的主要銅箔材料。
? ? ? 關(guān)鍵詞：電解銅箔；微孔銅箔；鋰離子電池；集流體
1 引言
? ? ? ?隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)3C(Computer、Communication、Consumer Electronics)類產(chǎn)品功能性能要求日益提高，希望產(chǎn)品擁有更強(qiáng)大的運(yùn)行速度、更持久的續(xù)航能力以及更小的體積。這就要求電池具有更小的體積、更輕的質(zhì)量、更高的電池容量。另外值得注意的是，人們也在力求縮減電池的充電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的快速充電，特別是新能源汽車動(dòng)力電池要求高電流放電，因此，對(duì)電池的充放電倍率有更高的需求。
動(dòng)力電池的各部分重量組成
? ? ? ?動(dòng)力電池的各部分重量組成如圖所示，提升鋰?yán)与姵乇饶芰坑幸韵路桨福旱谝?，開發(fā)和利用更高比能量的正負(fù)極材料；第二，降低集流體銅箔和鋁箔的重量；第三，盡可能減少其他輔料的重量。對(duì)于銅箔行業(yè)而言，開發(fā)新型更輕更薄的銅箔材料，為鋰電提供性能優(yōu)越的銅箔對(duì)鋰電整體性能的提升具有重要意義?，F(xiàn)階段，生產(chǎn)鋰離子電池一般使用8-12 um常規(guī)厚度的銅箔（另外，3C類數(shù)碼產(chǎn)品電池已有用6 um的銅箔）。于是，微孔銅箔在此背景下應(yīng)運(yùn)而生。微孔銅箔的生產(chǎn)方法有激光打孔、機(jī)械打孔、微蝕法打孔。相對(duì)于激光打孔和機(jī)械打孔，微蝕法具有生產(chǎn)成本低、一致性好的優(yōu)勢(shì)。諾德股份以微蝕法對(duì)銅箔進(jìn)行開孔，根據(jù)客戶需要，實(shí)現(xiàn)開孔孔徑范圍30-120 ?m和開孔率20%-70%的控制。在保持銅箔本身的物理及化學(xué)性能基本不變的同時(shí)，也保證其具有較高的延展率與抗拉強(qiáng)度。
2 微孔銅箔的性能指標(biāo)
? ? ? ?微孔銅箔性能的技術(shù)控制主要的包括待開孔銅箔的性能控制和微孔銅箔的技術(shù)控制。待開孔銅箔的控制有面密度、抗氧化性能、延伸率、抗拉強(qiáng)度等。開孔工段的控制開孔率、孔徑等。如諾德股份15?m銅箔的實(shí)測(cè)技術(shù)性能指標(biāo)，I為普通類銅箔，II為高抗拉銅箔，開孔前后性能指標(biāo)，如表所示。
待開孔銅箔的技術(shù)性能指標(biāo)表 待開孔銅箔的技術(shù)性能指標(biāo)表
待開孔銅箔的技術(shù)性能指標(biāo)表 待開孔銅箔的技術(shù)性能指標(biāo)表
3 微孔銅箔對(duì)鋰電性能影響
3.1 提高鋰電比能量
? ? ? ?以開孔率為20%的銅箔為例，微孔銅箔可直接減少銅箔重量的1.8%，同時(shí)開孔位置可以填充負(fù)極材料，直接促進(jìn)鋰電比能量的提高。
3.2提高電池實(shí)用壽命
? ? ? ?銅箔開孔后，負(fù)極材料與銅箔接觸形式由面接觸裝變?yōu)?#8221;工”字型接觸。負(fù)極材料與銅箔接觸更為牢固，能夠降低電池充電放電后負(fù)極材料出現(xiàn)脫落的概率。使電池的容量衰減速度減緩，提高電池循環(huán)次數(shù)。
3.3電解液浸潤(rùn)效率提升
? ? ? ?傳統(tǒng)銅箔的鋰電，在加入電解液的過程中，電解由極片間隙四周逐漸向中心擴(kuò)散浸潤(rùn)。不僅浸潤(rùn)效率低，而且會(huì)在靠近中心位置形成氣泡未被浸潤(rùn)的問題。單體電芯一致性不夠的原因之一就是浸潤(rùn)一致性差所引起的。而使用打孔銅箔的鋰電，電解液浸潤(rùn)呈立體形式擴(kuò)散。不僅浸潤(rùn)效率高，而且消除中心位置浸潤(rùn)不到的問題。使鋰電單體電池的一致性提升。
3.4降低鋰電內(nèi)阻
? ? ? ?陳倍等人通過測(cè)試表明，在使用同等箔材的情況下，使用打孔的銅箔和鋁箔的鋰電其全電池內(nèi)阻降低可達(dá)8%以上。他們分析認(rèn)為，一方面是箔材自身內(nèi)阻降低，另一方面是導(dǎo)電箔材與正負(fù)極材料的接觸面增加。顯然，在銅箔表面打孔后其表面積顯然是減少的，箔材自身材料物理特性和化學(xué)特能均未變化，銅箔內(nèi)阻降低的表述也欠妥。鋰電內(nèi)阻降低的主要原因是導(dǎo)電箔材與正負(fù)極材料的接觸面增加。傳統(tǒng)銅箔鋰電的箔材與電極材料電解液浸潤(rùn)效果差，這就導(dǎo)致鋰電箔材與電極材料存在較大接觸電阻。另外，傳統(tǒng)銅箔柔軟性能差，在鋰電堆疊封裝過程中箔材和電極材料的接觸就已經(jīng)出現(xiàn)缺陷。而微孔銅箔柔軟性好且電解液浸潤(rùn)一致性好，箔材和電極材料的接觸較好，且接觸形式更為牢固，這可能是微孔銅箔鋰電內(nèi)阻降低的主要原因。
4結(jié)論
? ? ? ?微孔銅箔作為一種新型銅箔，具有質(zhì)量輕、柔軟度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提升鋰離子電池比能量和充放電倍率具有顯著效果。其在鋰電的性能優(yōu)勢(shì)有待進(jìn)一步發(fā)掘，但其抗拉伸強(qiáng)度、延伸率、抗氧化性能等還需進(jìn)一步提高。此外，微孔銅箔無論是在生產(chǎn)過程，還是在鋰電的應(yīng)用過程，對(duì)生產(chǎn)的設(shè)備和技術(shù)提出新的要求。綜合其帶來的效益和生產(chǎn)技術(shù)成本，微孔銅箔在未來鋰電的行業(yè)應(yīng)用仍然擁有巨大的應(yīng)用前景。