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        鋰離子電池是目前綜合性能最好的電池系統，由于能量比能量高、體積小、循環(huán)壽命高、無(wú)記憶效應、無(wú)污染等特點(diǎn)，已迅速發(fā)展成為新一代的儲能電源，被用于電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域。

       傳統負極材料主要是石油焦碳和石墨，但是隨著(zhù)人們對能量密度要求的不斷提高，碳負極也暴露了諸多問(wèn)題如：（1）克容量不足，難以滿(mǎn)足動(dòng)力電池的實(shí)際需求；（2）純度較低，副反應較多；（3）層狀結構穩定性較差，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間充放電循環(huán)后易坍塌，導致比容量嚴重下降以及儲能壽命大幅度縮短；（4）倍率性能較差，不能進(jìn)行大電流充放電，否則會(huì )損害電池;（5）充放電平臺過(guò)低。

      目前人們對電池能量密度要求越來(lái)越高，而鋰離子電池負極材料中金屬鋰負極由于具有高的比容量（3860mAh/g）、最低的電化學(xué)勢（-3.04V）、較小的密度（0.534g/cm3），因而是最具有前景的高能鋰離子電池負極材料，更是新興產(chǎn)業(yè)的最佳選擇。

 

1 鋰離子電池工作原理

       鋰電池是一種二次電池，主要依靠鋰離子在正負極之間的往返嵌入和脫出來(lái)工作，實(shí)現能量的存儲和釋放。充電時(shí)，鋰離子會(huì )在電場(chǎng)的驅動(dòng)下從正極晶格中脫出，經(jīng)電解質(zhì)后嵌入到負極晶格中。放電過(guò)程與此相反，鋰離子從負極返回正極，電子通過(guò)用電器由外電路到達正極與鋰離子復合。電池放電，此時(shí)負極上的電子通過(guò)外部電路進(jìn)入正極，鋰離子 Li + 從負極進(jìn)入到電解液里并到達正極，接受電子還原。

圖：鋰電池工作原理

2 鋰電池負極銅基集流體

 

   擁有3860mAh/g理論容量的鋰金屬作是一種非常理想的鋰電池負極材料。針對其循環(huán)過(guò)程中易形成死鋰與枝晶鋰而導致穿刺隔膜，以及鋰嵌入/脫出時(shí)巨大的體積變化等問(wèn)題，現已經(jīng)有多種解決思路，其中多孔集流體作為嵌鋰主體的方法成為了近年來(lái)主要解決方案。通過(guò)多孔集流體提供的超大比表面積，能有效地降低充放電時(shí)的電流密度，使得鋰離子的沉積可以相對緩慢的進(jìn)行，并且提供了更多的成核位點(diǎn)，由此緩解枝晶鋰與死鋰的形成以及脫嵌鋰過(guò)程中的巨大的體積變化。

（1） 高比表面積使得電流密度有效降低， 在充放電過(guò)程中， 鋰離子的形核位點(diǎn)增多， 沉積更加均勻， 可抑制枝晶鋰的生長(cháng)。

（2） 大量的孔洞為負極活性物質(zhì)的體積變化提供了足夠的緩沖空間，增強了集流體與活性物質(zhì)如鋰金屬的結合力， 減少循環(huán)過(guò)程中鋰的脫落而形成的死鋰，從而減少不可逆容量的損失。

圖：平面銅箔上鋰沉積行為示意圖

圖：多孔銅箔上鋰沉積行為示意圖

       現在使用銅材料用作集流體的非常多，比較常見(jiàn)的一般是以下幾種類(lèi)型：1、連續銅箔集流體，2、銅絲編織型銅網(wǎng)集流體，3、泡沫銅集流體，4、三維納米多孔銅集流體。這些多孔銅箔相比于商用連續銅箔，具有許多不可比擬的優(yōu)勢，它可以與活性材料形成更加充分的導電網(wǎng)絡(luò )，應對活性材料的高膨脹率問(wèn)題也具備有效價(jià)值，并能減少電池的總質(zhì)量等

 

 

3、鋰電池負極銅基集流體制作方案

       利用機械壓力把多孔銅網(wǎng)集流體嵌入鋰金屬中，形成一個(gè)3D Cu/Li復合電極的結構，形成一個(gè)穩定的鋰金屬負極。

3.1工藝流程

      ①　鋰帶壓延：將鋰帶壓延至0.02--0.1mm，設計一組壓延，壓延時(shí)上輥用離型膜保護，防止粘附輥體。下輥牽引膜保護，一并收卷。

②　鋰銅雙面復合：把壓延好的鋰帶與銅箔進(jìn)行雙面復合，除去牽引膜再進(jìn)行收卷，根據需要可對復合好的成品單面復保護膜或雙面復保護膜。

 

3.2質(zhì)量要求

銅基鋰電集流體復合帶表面應平直,光亮，不應有油斑或其他雜物，不得有目視可見(jiàn)的氧化物及氮化物，不應有皺邊、孔眼、裂縫、折痕、壓線(xiàn)等缺陷，允許有輕微的加工條紋和輥印、邊緣應整齊，無(wú)裂口。

 

3.3 生產(chǎn)設備結構

機架、放卷機組、壓延機組、復合機組、收卷機組、電控系統；功能包含糾偏、張力控制、無(wú)料檢測、靜電消除、長(cháng)度計米等