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什么是鋰電池銅箔?一文帶你了解

發布時間:2024年12月13日 | 文章來源: 與鋰時光 | 瀏覽次數:214 | 訪問原文

什么是鋰電池銅箔?

  • 鋰電池銅箔是一種厚度極薄的銅質薄片,通常由純銅制成,其純度要求較高,一般在 99.8% 以上。
  • 從微觀結構來看,銅箔由許多微小的銅晶粒組成,這些晶粒在軋制或電解沉積過程中形成特定的取向和織構,影響銅箔的力學性能和電學性能。

在鋰電池中的作用:

  • 集流作用:在鋰電池充放電過程中,銅箔作為負極的集流體,能夠收集和傳輸負極產生的電子,使電子能夠順利地在電池內部流動,從而形成完整的電流回路。
  • 支撐作用:為負極活性物質提供物理支撐,保證負極材料在電池充放電循環過程中的結構穩定性,防止活性物質脫落,從而維持電池的性能和壽命。

電池級銅箔有哪些要求呢?

物理性能要求

  • 厚度及厚度均勻性:隨著鋰電池向高能量密度發展,銅箔趨于輕薄化,目前常見的有 6μm、4.5μm、4μm 等厚度,更薄的銅箔如 3.5μm 也在研發驗證中。同時,需保證厚度均勻性,厚度偏差一般要求控制在較小范圍內,否則會導致電池性能不均勻,影響電池一致性和可靠性。
  • 表面粗糙度:合適的表面粗糙度對負極活性物質的附著和涂布效果至關重要。表面粗糙度過大,會使活性物質涂布不均勻,增加電池內阻;過小則可能導致附著性不佳。一般動力電池用銅箔的粗糙度 Rz 值要求不超過 2 微米。
  • 尺寸精度:銅箔的尺寸精度要高,包括長度、寬度和厚度等方面,以確保在電池生產過程中能夠準確地進行加工和組裝,避免出現位置不準確、配合不良等問題,影響電池的生產效率和質量。

力學性能要求

  • 高抗拉強度:電池企業對鋰電銅箔的抗拉強度要求日益提高,普抗(300-400MPa)雖仍是主流但比重逐漸降低,中抗(400-500MPa)、高抗(500-600MPa)和超高抗(>600MPa)銅箔需求快速提升。高抗拉強度可提高電池生產中的涂布碾壓效率,避免斷帶現象。
  • 高延伸率:延伸率的重要性也日益凸顯,高延鋰電銅箔產品的需求比重在快速提升,超高延鋰電銅箔產品的需求也已出現。以中抗銅箔為例,優異的 5μm、6μm、8μm 鋰電銅箔的延伸率要維持在 6%、10%、15% 以上,高延伸率可增強極片的壓實密度并降低電極片的厚度,更好地抑制電池循環過程中活性材料的變形,從而提高電池的耐久性和使用壽命。.

電學性能要求

  • 低電阻率:作為負極集流體,銅箔需具有良好的導電性能以減少電池內部的能量損失,降低電池內阻,提高電池的充放電效率和功率性能,進而改善電池的整體性能,延長電池使用壽命。

化學性能要求

  • 高純度:一般要求銅含量在 99.8% 以上,雜質含量低,以保證其優異的電學性能和化學穩定性,避免雜質對電池性能產生不利影響,防止在電池充放電過程中因雜質的存在而引發副反應,影響電池的容量、壽命和安全性。
  • 良好的耐腐蝕性:在電池的使用環境中,銅箔需要具備一定的耐腐蝕性,以防止其被電解液等物質腐蝕,從而保證電池的性能和壽命。

 

外觀質量要求

  • 表面質量:應避免出現表面粗糙、顆粒、色差、劃痕、凹凸點等缺陷,這些問題可能會對電解銅箔的外觀和使用性能產生不良影響,如導致涂布工序斷帶、導電性不一致等問題,進而影響鋰離子電池的內阻和性能。
  • 外觀花紋和色差:需控制電流值穩定、防氧化液濃度合格、水洗噴嘴暢通、設備輥表面清潔,并培養員工正確操作習慣,以解決外觀花紋和色差問題。

    生產工藝

  • 電解法:將硫酸銅溶液作為電解液,以銅作為陽極,不銹鋼輥作為陰極,在直流電的作用下,銅離子在陰極表面還原析出形成銅箔。該方法生產的銅箔具有純度高、結晶細致、機械性能好等優點,但生產過程中對電解液的成分、溫度、電流密度等工藝參數控制要求較高。

    軋制法:通過將銅錠經過多次軋制加工,使其逐漸變薄形成銅箔。軋制法生產的銅箔具有較高的強度和硬度,但生產效率相對較低,且產品的厚度均勻性較難控制,一般適用于生產較厚的銅箔或對強度要求較高的特殊用途銅箔。

 

  • 發展趨勢

  • 輕薄化:隨著鋰電池向高能量密度方向發展,對銅箔的輕薄化要求越來越高。
  • 復合化:采用有機薄膜作為載體,利用濺鍍法等工藝制備的復合銅箔,兼備聚合物優良的塑性和銅的導電性,能夠減輕銅箔的整體重量,減少銅原料的用量,同時提高電池的安全性,是未來鋰電銅箔的一個重要發展方向。
  • 高性能化:研發高抗拉強度、高延伸率、高導電性等高性能的鋰電銅箔,以滿足新能源汽車、大功率儲能等領域對鋰電池高功率、長壽命、高安全性的要求。
  • 綠色環?;涸诃h保政策日益嚴格的背景下,開發更加環保的生產工藝和表面處理技術,降低銅箔生產過程中的污染物排放,實現綠色可持續發展。
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