锂离子电池集流体功能化改性研究进展_贾亚峰_中华文本库
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新材料产业 NO.07 2016
度，后期需要对铜箔表面进行清洗处理，除去表面残留的电解液，表面抗氧化处理以及干燥处理。在这过程中，表面处理的程度直接影响着铜箔表面光洁度，以及铜箔表面的张力问题。表面处理后需要符合锂电用铜箔涂覆要求，过于光滑涂覆效果差，过于粗糙对电池性能均一性有影响，同时，表面处理后铜箔的表面张力对于后期铜箔的分切效率及电池制备工序起着很重要的作用。
铜箔表面处理完成后就需要分切，分切成锂电厂家需要的宽度和长度。对于大量使用铜箔基材的厂家，希望铜箔宽度适合，铜箔长度在可搬运范围内长度越长越好，这样可以提高批量生产效率，降低生产成本。但是目前由于受到制箔设备和分切设备等的影响，铜箔长度一般都在2 500m范围以内。
4. 涂层功能化集流体
特殊集流体的出现主要是为满足锂离子电池性能的特殊需求，或是未来为了开发更高性能材料的集流体。对于铜箔，曾有专家提出“无负极电池”，即设想金属锂替代负极铜箔；同时，也有专家提出用廉价铁替代价格较高的铜。但是这些信息发布后很快遭到质疑:从锂层、铁箔材料本身来看，其性能无法满足锂电池所需要的高性能，从制造工序和设备来看，很难满足生产，最后的成本问题也很难解决。而也有研发团队不用其他材料替代负极基材铜箔，而是从铜箔本身出发，对其进行相应的处理，来优化锂电池的性能。最直观的就是跟铜箔供应商合作开发高强度高延伸率的铜箔，以及开发更薄的铜箔，来提高电池能量密度；另外，就是采用铜网来提高电池能量密度。
对于铝箔，主要是对现有铝箔进行表面处理，比如粗化处理，清洁处理，或者在铝箔表面涂上导电碳。最近研究较多的是涂炭铝箔，在正常铝箔表面涂上一层很薄的导电碳，来优化电池性能。所以，虽然涂炭铜箔也已经商品化，但使用量较小。目前绝大部分的涂炭集流体主要指的还是涂炭铝箔。
5. 涂层功能化集流体的意义
在传统锂离子电池的极片制作工艺中，活性材料浆料直接涂布于铝箔/铜箔表面，干燥后通过粘结剂实现活性材料固定于集流体表面。然而，这样的结构设计存在如下2方面的缺陷：①刚性的金属集流体与活性材料颗粒间的接触面积有限，界面电阻较大，引起电池内阻的上升，对于电池性能特别是大电流充放电条件下的性能存在负面影响；②粘结剂的粘结强度有限，在持续的充放电过程中，很容易发生活性材料与集流体间的膨胀脱离，导致电池内阻进一步加大，使得电池的循环寿命和安全性能受到影响。
因此，降低集流体与活性材料间的界面电阻，提高两者之间的粘结强度是提升锂离子电池性能的重要手段。目前解决此问题的的办法主要是通过增加浆料粘结剂的用量、集流体表面化学腐蚀、电晕或者在集流体表面涂敷含导电材料的薄层（即对集流体进行导电涂层功能化）等方法来增加二者间的粘附能力。上述方法中，粘结剂用量的增加会对电池性能造成一系列不良影响，包括电池内阻的增大、能量密度和功率密度的降低、循环使用寿命缩短、电池发热量上升等；化学腐蚀、电晕等特殊处理会对集流体产生一定程度的表面损伤，降低箔材的强度，严重影响后续的成品
加工，并且成本较高，不利于大规模生产的需要。而在集流体表面涂覆含导电材料的薄层，如果该薄层具有良好的导电能力，较高的比表面积，优良的粘结性能，并且相对于金属集流体具有更好的形变能力，则可增加活性材料与集流体间的导电接触，减小界面电阻，并提高两者间的粘结强度，该方法制备工艺相对简单，加工成本较为低廉。
集流体涂层功能化的意义主要体现于6个方面：①降低电池内阻，抑制充放电循环过程中的动态内阻增幅；②显著提高电池组的一致性，降低电池组成本；③提高活性材料和集流体的粘接附着力；④减小极化，提高倍率性能，降低热效应；⑤防止电解液对集流体的腐蚀；⑥综合性能提升进而延长电池使用寿命。
综上所述，采用导电涂层集流体可以更好地提高锂离子电池的电化学性能。根据对集流体进行功能化涂层改性所使用导电剂种类的不同，可将这类功能化改性集流体分为2大类：一是传统涂炭功能化集流体；二是石墨烯涂层功能化集流体。
6. 传统涂炭功能化集流体
集流体的功能化涂层改性有如下3个关键工艺环节：①导电材料的选择，一般有碳黑、石墨、石墨烯等；②添加剂的选择及配比：包括增稠剂、分散剂、粘结剂等；③浆料的分散方法：通常有搅拌、超声空化、乳化等。现阶段一般采取凹版印刷的方式来进行集流体导电涂层的涂覆。
在集流体表面涂敷薄层中，导电材料的选择无疑是最重要的环节。从导电性能和成本综合考虑，碳材料是最适合的选择。碳材料种类繁多，常见的有碳黑、石墨、碳纳米管和碳纤
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&锂离子电池的正极为什么用铝箔，而负极用铜箔，，
锂离子电池的正极为什么用铝箔，而负极用铜箔，，
作者 123仙道123
锂离子电池的正极为什么用铝箔，而负极用铜箔，，不是铝箔比铜箔活泼？？为什么，求详解。。
跟电解液在不同电位和集流体下的分解特性有关。
金属铝的晶格八面体空隙大小与Li 大小相近，极易与Li形成金属间隙化合物，Li 和Al不仅形成了化学式为LiAl的合金，还有可能形成了Li3Al2或Li4Al3。由于金属Al与Li 反应的高活泼性，使金属Al消耗了大量的Li ，本身的结构和形态也遭到破坏，故不能作为锂离子电池负极的集流体；而Cu在电池充放电过程中，只有很少的嵌锂容量，并且保持了结构和电化学性能的稳定，可作为锂离子电池负极的集流体；
Cu箔在3.75V时，极化电流开始显著增大，并且呈直线上升，氧化加剧，表明Cu在此电位下开始不稳定；而铝箔在整个极化电位区间，极化电流较小，并且恒定，没有观察到明显腐蚀现象的发生，保持了电化学性能的稳定。 由于在锂离子电池正极电位区间， Al的嵌锂容量较小，并且能够保持电化学稳定，适合作锂离子电池的正极集流体，
主要考虑是在常规的负极材料工作电位（0.2V）会对铝箔造成腐蚀，而铜箔不会。但不是所有的负极都必须用铜箔的，比如负极用LTO（钛酸锂），工作电位在1.5V左右，就用铝箔，成本便宜，不会对铝箔造成腐蚀的
这里铜箔和铝箔是作为集流体，如果铝箔做负极的话，由于比较活泼，在电池放电时会优先消耗铝箔，这样的话会破坏电池。而如果铝箔作为正极的话可以保护铝箔
Cu一定不能做正极集流体,因为Cu 溶解产生Cu离子会迁移到隔膜或负极 ,充电时金属Cu沉积在它们的表面,引起微短或短路.
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电池涂碳铝箔(导电涂层)涂碳铝箔在锂电池应用中的优势：1.抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能；2.降低电池内阻，并明显降低了循环过程的动态内阻增幅；3.提高一致性，增加电池的循环寿命；4.提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本；5.保护集流体不被电解液腐蚀；6.改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。涂层双面厚度：A款4～6&m，B款2～3&m。导电涂层利用功能涂层对电池导电基材进行表面处理是一项突破性的技术创新，覆碳铝箔/铜箔就是将分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒，均匀、细腻地涂覆在铝箔/铜箔上。它能提供极佳的静态导电性能，收集活性物质的微电流，从而可以大幅度降低正/负极材料和集流之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，可减少粘结剂的使用量，进而使电池的整体性能产生显著的提升。涂层分水性（水剂体系）和油性（有机溶剂体系）两种类型。锂电池涂碳铝箔测试项目测量值测试方法铝箔基材厚度(&m)7-30千分尺外观颜色黑色/灰色目测导电涂层单面面密度(g/㎡/side)0.5-2.0称重法压实后导电涂层单面厚度(m)1射线产品外观SEM图电池类涂层ESGDType电池类型Application应用Lithium-FeBatteries磷酸铁锂电池Electrodeprimercoating正负极预涂Lithium-MnBatteries锰酸锂电池Cathodecoating正极涂层ElectricDoubleLayerCapacitors(EDLC)超级电容器Electrodeprimercoating电极预涂Lithium-NMCBatteries三元材料电池CathodeCoating电极涂层ButtonBatteries纽扣电池Replacementofmetalmesh替代金属筛网涂碳铝箔/铜箔的性能优势1.显著提高电池组使用一致性，大幅降低电池组成本。如：？明显降低电芯动态内阻增幅;？提高电池组的压差一致性;？延长电池组寿命;？大幅降低电池组成本。2.提高活性材料和集流体的粘接附着力，降低极片制造成本。如：？改善使用水性体系的正极材料和集电极的附着力；？改善纳米级或亚微米级的正极材料和集电极的附着力；？改善钛酸锂或其他高容量负极材料和集电极的附着力；？提高极片制成合格率,降低极片制造成本。涂碳铝箔与光箔的电池极片粘附力测试图使用涂碳铝箔后极片粘附力由原来10gf提高到60gf（用3M胶带或百格刀法），粘附力显著提高。3.减小极化，提高倍率和克容量，提升电池性能。如：？部分降低活性材料中粘接剂的比例，提高克容量；？改善活性物质和集流体之间的电接触；？减少极化，提高功率性能。不同铝箔的电池倍率性能图其中C-AL为涂碳铝箔，E-AL为蚀刻铝箔，U-AL为光铝箔4.保护集流体，延长电池使用寿命。如：？防止集流极腐蚀、氧化；？提高集流极表面张力，增强集流极的易涂覆性能；？可替代成本较高的蚀刻箔或用更薄的箔材替代原有的标准箔材。不同铝箔的电池循环曲线图（200周）其中（1）为光铝箔，（2）为蚀刻铝箔，（3）为涂碳铝箔导电涂层加工能力？拥有日本富士涂布机、分切机和全自动电脑检查复卷机；？涂布速度平均达到90-120米/分钟；？单机每8小时生产约21，600米导电涂层铝箔，可供约200Kpcs的18650电芯使用；？滚轮涂布最大宽度可达1米；？可采用连续或间隙式涂布。
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