研发中心材料-磷酸铁锂电池集流体讨论.pdf

关于铜铂和铝铂用于锂电池正负极集流体的理论研究和实验验证 北京中新联科技股份有限公司研发中心 胡朴 马平平等 关于铜箔作为锂离子电池正极集流体的研究，我们查阅了相关文献并通过实际试验对结 论做了进一步验证，下面分别从理论和实验两方面进行讨论。 理论部分主要引用文献 Electrochemical characterization of warious metal foils as a current collector of positive electrode for rechargeable lithium batteries （J of Power Sources 1997 301-303）中的部分内容。 首先，作为锂离子电池活性物质集流体，该材料需要满足：1、具有一定机械强度，质 轻、薄；2、在电解液中有一定的化学稳定性和电化学稳定性；3、与活性物质混合物有相容 性和粘结性。 铜箔和铝箔的机械加工性能基本满足作为锂离子电池集流体的要求；研究表明二者在 LiPF 电解液中的溶解也非常少.电解实验显示铝箔的稳定性更好。值得注意的是，研究同时 6 发现，随着铝箔纯度的提高，其溶解的量就更少；二者与活性物质的相容性和粘结性相近， 基本都能满足作为锂电池活性物质集流体。 一、负极集流体： 作为锂电池负极集流体材料，必须满足在充电过程中，集流体与锂离子不发生反应，并 尽量多的满足锂离子的可逆脱嵌。铜箔作为电池负极集流体时，由于一定温度下其与锂无合 金相存在 （见图 1），理论上不会形成金属间化合物，因此可以作为锂电池的负极集流体； 图 1 Cu-Li 合金相图 而与此对应的铝箔 （见图 2 ）由于其与 Li 有可能形成金属间化合物，造成不可逆损失， 从而影响电池的容量发挥，因此不能作为电池的负极集流体使用。另有文献从晶格结构分析 并实验证明了 Al 的不可逆脱嵌容量也远大于 Cu，因此作为锂电池的负极集流体 Cu 较之 Al 优势明显。 二、正极集流体： 作为锂电池正极集流体，必须保证材料在电池循环过程中的电化学稳定性，磷酸铁锂电 池工作电压，即铁与锂的氧化还原电位差在 3.4V 左右，而一价铜的氧化还原电位为 0.184V， 铝的氧化还原电位为-0.166V，均低于 3.4V，理论上都会发生氧化反应，但 Al 在被氧化时， 容易在其表面形成一层致密的 Al O 膜，从而阻碍Al 继续被氧化；而 Cu 在被氧化时，没有 2 3 类似的钝化作用。因此铝箔可以作为正极集流体。 图 2 Al-Li合金相图 下图是引用文献中的实验结果。该实验是把铁、铜、钛、不锈钢以及纯度为 99.99% 的 铝分别置于电解质为高氯酸锂和六氟磷锂的电解液中进行的 CV 测试。从图中可以看出，在 两种电解液中，Cu 在 3.6V 左右均有氧化反应发生，电流密度急剧上升。证明了理论结果。 图 3 引用文献图例 三、实验结果： 我们在北京工业大学环境电化学实验室做了如下实验对结果进行验证。 首先，锂片为对电极，选用纯 Cu 和纯 Al 为正极集流体分别组装扣式电池进行循环伏