鋰電池中的鋁箔究竟有何用？

鋁箔通常被作為正極集流體和軟包封裝鋁塑膜的阻隔層在鋰離子電池中使用，隨著鋰離子電池市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大其也成為了鋁箔的一個(gè)新興消費(fèi)領(lǐng)域。隨著近些年鋰電迅猛發(fā)展，鋰電池用集流體發(fā)展也很快，目前正極鋁箔已經(jīng)由前幾年的16μm降低到8μm。

鋁箔在鋰離子電池中的應(yīng)用

鋁箔—鋰離子電池的正極集流體

集流體的作用主要是為電化學(xué)反應(yīng)提供電子通道，加快電荷轉(zhuǎn)移，減少電化學(xué)極化，提高充放電庫侖效率，而極少參加Li 的嵌脫反應(yīng)。鋁箔集流體在不同條件下的電化學(xué)性能及形態(tài)結(jié)構(gòu)變化要優(yōu)于同等條件下的銅箔，鋁箔作為鋰電池正極的對(duì)電極時(shí)，無明顯腐蝕，其極化電流在正極的整個(gè)極化電位范圍內(nèi)均呈現(xiàn)較小并且穩(wěn)定，嵌鋰容量極小，非常適合作為正極集流體。

鋁箔—鋰離子電池軟包封裝材料的阻隔層

軟包裝技術(shù)是目前鋰離子電池三種封裝技術(shù)之一 ，但由于軟包裝材料與電池的內(nèi)部材料直接接觸，因此對(duì)于軟包裝材料也有著苛刻的使用要求，其中很重要的兩點(diǎn)就是：（1）具有極高的阻隔性，阻隔性不好會(huì)降低鋰離子電池的比容量，使電池起鼓，導(dǎo)致循環(huán)壽命和電化學(xué)性能的降低，嚴(yán)重的還會(huì)使電池失效。（2）具有良好的冷沖壓成型性。良好的冷沖壓成型性才能保證包裝后的電池芯封口規(guī)整嚴(yán)密，外觀平整，包裝牢固。

而鋁箔以其極高的阻水和阻氧性被用做各種高阻隔性包裝材料而廣泛使用，無針孔的鋁箔在物理上可以隔絕外界的水和氧氣滲透到電池芯內(nèi)部，同時(shí)鋁箔作為一種金屬材料本身就具有一定的延伸率和抗拉強(qiáng)度可以滿足冷沖壓成型，因此選取適當(dāng)厚度的軟狀態(tài)鋁箔可以完美地滿足以上兩個(gè)要求。

鋁箔在鋰離子電池上的其他應(yīng)用

為減輕電池重量，有些方形鋰離子電池采用鋁殼代替不銹鋼殼；鋰離子電池的極耳一般采用0.1mm厚度的鋁箔。

圖片源自鼎盛新材

集流體鋁箔導(dǎo)電涂層

由于應(yīng)用限制，鋁箔在作為電池極耳和阻隔層方面除厚度外并沒有較大技術(shù)進(jìn)展，但作為正極集流體，集流體鋁箔在導(dǎo)電層涂覆處理上卻有著諸多進(jìn)展，通過導(dǎo)電層涂覆，可以使鋁光箔表面粗糙度增加，同時(shí)減小浸潤角，提高粘附性，使集流體上活性物質(zhì)附著更牢固，最終達(dá)到降低接觸阻抗與極化電阻，減輕內(nèi)部極化從而提升電池倍率和循環(huán)性能的功效。目前導(dǎo)電涂層材料有表面涂碳、石墨烯涂層、碳納米管涂層、復(fù)合涂層等。

涂碳鋁箔

在磷酸鐵鋰電池中，鋁光箔正極集流體與活性材料之間粘結(jié)力較差，內(nèi)阻和極化較大，影響了電池循環(huán)壽命，而通過在鋁光箔表面涂覆碳層可以有效改善正極集流體與活性材料之間的接觸，優(yōu)化磷酸鐵鋰電池性能，提高電池循環(huán)壽命。同時(shí)涂覆碳層可以在磷酸鐵鋰顆粒與集流體之間形成一層電子導(dǎo)電層，從而提高電子傳輸效率，減少集流體的氧化腐蝕。

涂石墨烯鋁箔

石墨烯作為一種新型導(dǎo)電碳材料，是由碳原子組成的單層蜂窩狀二維片狀晶體，其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)可大幅提升其比表面積及電導(dǎo)率。作為涂層材料，石墨烯涂層相比涂碳層厚度更薄、粘性更強(qiáng)，涂覆后可以有效減少活性材料的膨脹脫離。

碳納米管涂層鋁箔

碳納米管憑借其獨(dú)特的納米管狀結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，被認(rèn)為是一種理想的涂層增強(qiáng)材料，作為一種鋰離子電池導(dǎo)電劑有著巨大應(yīng)用潛力。同時(shí)碳納米管的比表面積很大，使電池中的鋰離子可以吸附在碳納米管外壁，以改善集流體鋁箔與活性物質(zhì)之間的接觸。碳納米管的涂覆有效降低了傳統(tǒng)集流體鋁箔與活性物質(zhì)之間的界面電阻，同時(shí)改善了活性物質(zhì)的潤濕性。

復(fù)合涂層鋁箔

由兩種或兩種以上不同性質(zhì)材料作為鋁箔涂層，例如石墨烯-碳納米管復(fù)合涂層以及炭黑/石墨烯復(fù)合涂層。在集流體鋁箔表面涂覆石墨烯-碳納米管復(fù)合涂層可以提升集流體與活性物質(zhì)之間的界面導(dǎo)電性以及粘附性；炭黑/石墨烯復(fù)合涂層涂覆集流體鋁箔，相比純石墨烯涂層，復(fù)合涂層中的炭黑能彌補(bǔ)石墨烯較弱的層間電導(dǎo)，能在集流體和活性物質(zhì)之間形成更好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，更好改善電池性能。

根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，每 GWh 三元電池需要電池箔 300-450 噸，每 GWh 磷酸鐵鋰電池需要電池鋁箔 400-600 噸；而鈉離子電池中由于正極和負(fù)極均使用鋁箔，每GWh 鈉電池需要鋁箔 700-1000 噸，隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用以及鈉離子電池的商業(yè)化使用，預(yù)計(jì)到2025年，電池級(jí)鋁箔的用量也將達(dá)到100萬噸以上。

國內(nèi)電池級(jí)鋁箔生產(chǎn)企業(yè)：鼎勝新材、萬順新材、東陽光、南山鋁業(yè)、常鋁股份、華北鋁業(yè)、廈順鋁箔、永杰新材、昭和電工、明泰鋁業(yè)、長沙晟通、宏創(chuàng)控股、龍鼎鋁業(yè)、海星股份等。

參考資料：

【1】郭磊,孟慶玉等.鋰離子電池集流體鋁箔表面改性研究現(xiàn)狀

【2】李俊鵬,黨海峰等.鋁集流體表面處理對(duì)鋰離子電池性能的影響

【3】王世鑫,楊高潔.鋁箔在鋰離子電池中的應(yīng)用

【4】光麗新能科技.為什么鋰電池負(fù)極用銅箔，正極用鋁箔？

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