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上海联净-锂电锂负极集流体复合材料——锂铜复合带制作方案

锂电锂负极集流体复合材料——锂铜复合带制作方案-凯发k8娱乐官网入口

把锂箔和铜集流体一体性设计,制备出3d 结构的li/cu 集流体负极,从而改善了锂金属负极电流分布不均匀的缺点。通过机械加工把铜网嵌入锂金属中,形成li/cu 集流体负极。与未进行过处理的锂负极相比,li/cu 集流体负极的三维空间结构可以加快电荷转移速度和减小界面阻力;较大的比表面积,降低了局部的电流密度,使得电荷分布均匀,li沉积时变得均匀从而降低了锂枝晶的生长速率;3d cu/li 复合电极还具有优异的倍率性能和高的循环稳定性

产品详情

product details

 

锂离子电池是目前综合性能最好的电池系统,由于能量比能量高、体积小、循环寿命高、无记忆效应、无污染等特点,已迅速发展成为新一代的储能电源,被用于电动汽车、混合动力汽车、航空航天等领域。

       传统负极材料主要是石油焦碳和石墨,但是随着人们对能量密度要求的不断提高,碳负极也暴露了诸多问题如:(1)克容量不足,难以满足动力电池的实际需求;(2)纯度较低,副反应较多;(3)层状结构稳定性较差,经过长时间充放电循环后易坍塌,导致比容量严重下降以及储能寿命大幅度缩短;(4)倍率性能较差,不能进行大电流充放电,否则会损害电池;(5)充放电平台过低。

      目前人们对电池能量密度要求越来越高,而锂离子电池负极材料中金属锂负极由于具有高的比容量(3860mah/g)、最低的电化学势(-3.04v)、较小的密度(0.534g/cm3),因而是最具有前景的高能锂离子电池负极材料,更是新兴产业的最佳选择。

 

1 锂离子电池工作原理


       锂电池是一种二次电池,主要依靠锂离子在正负极之间的往返嵌入和脱出来工作,实现能量的存储和释放。充电时,锂离子会在电场的驱动下从正极晶格中脱出,经电解质后嵌入到负极晶格中。放电过程与此相反,锂离子从负极返回正极,电子通过用电器由外电路到达正极与锂离子复合。电池放电,此时负极上的电子通过外部电路进入正极,锂离子 li 从负极进入到电解液里并到达正极,接受电子还原。


锂离子电池工作原理

图:锂电池工作原理



2 锂电池负极铜基集流体

 

   拥有3860mah/g理论容量的锂金属作是一种非常理想的锂电池负极材料。针对其循环过程中易形成死锂与枝晶锂而导致穿刺隔膜,以及锂嵌入/脱出时巨大的体积变化等问题,现已经有多种解决思路,其中多孔集流体作为嵌锂主体的方法成为了近年来主要凯发k8娱乐官网入口的解决方案。通过多孔集流体提供的超大比表面积,能有效地降低充放电时的电流密度,使得锂离子的沉积可以相对缓慢的进行,并且提供了更多的成核位点,由此缓解枝晶锂与死锂的形成以及脱嵌锂过程中的巨大的体积变化。

(1) 高比表面积使得电流密度有效降低, 在充放电过程中, 锂离子的形核位点增多, 沉积更加均匀, 可抑制枝晶锂的生长。

(2) 大量的孔洞为负极活性物质的体积变化提供了足够的缓冲空间,增强了集流体与活性物质如锂金属的结合力, 减少循环过程中锂的脱落而形成的死锂,从而减少不可逆容量的损失。


平面铜箔上锂沉积行为示意图

图:平面铜箔上锂沉积行为示意图


多孔铜箔上锂沉积行为示意图

图:多孔铜箔上锂沉积行为示意图


       现在使用铜材料用作集流体的非常多,比较常见的一般是以下几种类型:1、连续铜箔集流体,2、铜丝编织型铜网集流体,3、泡沫铜集流体,4、三维纳米多孔铜集流体。这些多孔铜箔相比于商用连续铜箔,具有许多不可比拟的优势,它可以与活性材料形成更加充分的导电网络,应对活性材料的高膨胀率问题也具备有效价值,并能减少电池的总质量等


 

3、锂电池负极铜基集流体制作方案


       利用机械压力把多孔铜网集流体嵌入锂金属中,形成一个3d cu/li复合电极的结构,形成一个稳定的锂金属负极。



3.1工艺流程


锂电池负极铜基集流体工艺流程


      ① 锂带压延:将锂带压延至0.02--0.1mm,设计一组压延,压延时上辊用离型膜保护,防止粘附辊体。下辊牵引膜保护,一并收卷。

② 锂铜双面复合:把压延好的锂带与铜箔进行双面复合,除去牵引膜再进行收卷,根据需要可对复合好的成品单面复保护膜或双面复保护膜。


 

3.2质量要求


铜基锂电集流体复合带表面应平直,光亮,不应有油斑或其他杂物,不得有目视可见的氧化物及氮化物,不应有皱边、孔眼、裂缝、折痕、压线等缺陷,允许有轻微的加工条纹和辊印、边缘应整齐,无裂口。


铜基锂电集流体复合带质量要求

 

3.3 生产设备结构


机架、放卷机组、压延机组、复合机组、收卷机组、电控系统;功能包含纠偏、张力控制、无料检测、静电消除、长度计米等



铜基锂电集流体复合带生产设备结构

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