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，對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)勢有待進一步發(fā)掘，但其抗拉伸強度、延伸率、抗氧化性能等還需進一步提高。
? 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在必行。銅箔作為鋰電負極材料的集流體，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，對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在必行。銅箔作為鋰電負極材料的集流體，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，對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)品擁有更強大的運行速度、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間，實現(xiàn)對電池的快速充電，特別是新能源汽車動力電池要求高電流放電，因此，對電池的充放電倍率有更高的需求。
動力電池的各部分重量組成
? ? ? ?動力電池的各部分重量組成如圖所示，提升鋰例子電池比能量有以下方案：第一，開發(fā)和利用更高比能量的正負極材料；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運而生。微孔銅箔的生產(chǎn)方法有激光打孔、機械打孔、微蝕法打孔。相對于激光打孔和機械打孔，微蝕法具有生產(chǎn)成本低、一致性好的優(yōu)勢。諾德股份以微蝕法對銅箔進行開孔，根據(jù)客戶需要，實現(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性能基本不變的同時，也保證其具有較高的延展率與抗拉強度。
2 微孔銅箔的性能指標
? ? ? ?微孔銅箔性能的技術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銅箔的實測技術性能指標，I為普通類銅箔，II為高抗拉銅箔，開孔前后性能指標，如表所示。
待開孔銅箔的技術性能指標表 待開孔銅箔的技術性能指標表
待開孔銅箔的技術性能指標表 待開孔銅箔的技術性能指標表
3 微孔銅箔對鋰電性能影響
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%，同時開孔位置可以填充負極材料，直接促進鋰電比能量的提高。
3.2提高電池實用壽命
? ? ? ?銅箔開孔后，負極材料與銅箔接觸形式由面接觸裝變?yōu)?#8221;工”字型接觸。負極材料與銅箔接觸更為牢固，能夠降低電池充電放電后負極材料出現(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散浸潤。不僅浸潤效率低，而且會在靠近中心位置形成氣泡未被浸潤的問題。單體電芯一致性不夠的原因之一就是浸潤一致性差所引起的。而使用打孔銅箔的鋰電，電解液浸潤呈立體形式擴散。不僅浸潤效率高，而且消除中心位置浸潤不到的問題。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8%以上。他們分析認為，一方面是箔材自身內(nèi)阻降低，另一方面是導電箔材與正負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電箔材與正負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效果差，這就導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，對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)勢有待進一步發(fā)掘，但其抗拉伸強度、延伸率、抗氧化性能等還需進一步提高。此外，微孔銅箔無論是在生產(chǎn)過程，還是在鋰電的應用過程，對生產(chǎn)的設備和技術提出新的要求。綜合其帶來的效益和生產(chǎn)技術成本，微孔銅箔在未來鋰電的行業(yè)應用仍然擁有巨大的應用前景。