为什么锂离子电池极片负极要用铜箔正极要用铝箔 硬件工程师电路分析物联网模电单片机嵌入式技术.doc

锂离子电池是现代电子设备和电动汽车中不可或缺的能源存储组件，其构造中，正极和负极的集流体分别采用铝箔和铜箔。选择这两种材料作为集流体主要基于以下几个关键因素： 1. 导电性：铜和铝都是良好的导电材料，能够有效地传输电池内部产生的电能。在金属材料中，它们的价格相对较低，且广泛存在于自然界，供应充足。 2. 质地柔软：锂离子电池的制造工艺中，常用卷绕或叠片方式，这就需要极片材料有一定的柔韧性。铜和铝箔在金属中相对较软，能够适应这些加工方式而不易破裂。 3. 化学稳定性：铝在空气中容易形成一层致密的氧化膜，这层氧化膜在电解液中对铝有保护作用，防止进一步反应。铜在干燥空气中也很稳定，不容易发生化学反应。 4. 电位差异：锂离子电池的工作原理决定了正负极的电位差。正极的电位较高，铜在高电位下容易被氧化，不适合作为正极集流体。而铝的氧化电位高，且表面的氧化膜对内部铝起到保护作用，因此适合正极。负极则采用铜，因为它在电池充放电过程中只嵌入少量锂，保持了结构和电化学性能的稳定。 5. 材料纯度：锂离子电池对集流体的纯度要求很高，以确保电池的稳定性和效率。不纯的铝可能会导致表面膜不致密，从而发生点腐蚀或生成不稳定的 LiAl 合金，而铜的纯度对于避免不必要的化学反应同样重要。 6. 厚度和重量：随着技术的发展，锂离子电池的集流体厚度逐渐减小，如铝箔从16um降至8um，铜箔从12um降至4um，以减少电池体积和重量，提高能量密度。 7. 表面粗糙度：集流体的表面性能对电池性能有很大影响。负极铜箔的单面毛、双面毛或双面粗化设计会影响负极涂层的接触电阻和粘结强度，进而影响电池的容量释放和循环寿命。 锂离子电池选用铜箔和铝箔作为正负极集流体，是基于材料的物理化学性质、加工工艺需求以及电池性能优化的综合考虑。随着科技的进步，这些材料的特性和加工工艺将进一步优化，以满足更高能量密度和更长使用寿命的需求。