鋰離子電池集流體的類別及工藝流程

鋰離子電池集流體通常使用的正極是鋁箔，負(fù)極集流體是銅箔，為了保證鋰離子電池集流體在電池內(nèi)部穩(wěn)定性，二者純度都要求在98%以上。隨著鋰電技術(shù)的不斷發(fā)展，無論是用于數(shù)碼產(chǎn)品的鋰電池還是電動汽車的電池，我們都希望電池的能量密度盡量高，電池的重量越來越輕，而在鋰離子電池集流體這塊最主要就是降低集流體的厚度和重量，從直觀上來減少電池的體積和重量。

1、鋰離子電池集流體的銅箔種類

根據(jù)銅箔制備方法，主要有壓延銅箔和電解銅箔兩種。電池發(fā)明的早期，由于銅箔制備工藝設(shè)備技術(shù)等的限制，主要使用成本較高的壓延銅箔，壓延銅箔(RolledCopperFoil)是將銅板經(jīng)過多次重復(fù)輥軋而制成的原箔(也叫毛箔)，根據(jù)要求進(jìn)行粗化處理。

解銅箔(ElectrodePositedcopper)是將銅先經(jīng)溶解制成溶液，再在專用的電解設(shè)備中將硫酸銅電解液在直流電的作用下，電沉積而制成原箔，然后根據(jù)要求對原箔進(jìn)行表面處理、耐熱層處理及防氧化處理等一系列的表面處理。電解銅箔不同于壓延銅箔，電解銅箔兩面表面結(jié)晶形態(tài)不同，緊貼陰極輥的一面比較光滑，稱為光面;另一面呈現(xiàn)凹凸形狀的結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)，比較粗糙，稱為毛面。

2、鋰離子電池集流體銅箔制備工藝流程

(1)壓延銅箔制備流程

壓延銅箔是將銅板經(jīng)過多次重復(fù)輥軋，并且進(jìn)行一定溫度的退火，反復(fù)酸洗軋制而成的。銅箔軋制工藝參數(shù)控制嚴(yán)格，對設(shè)備及工藝控制的要求很高，目前主要是日本在生產(chǎn)，少量用于鋰電池上。

(2)電解銅箔制備流程

電解銅箔是將銅溶解制成溶液，在特制的溶解容器中將硫酸銅電解液在直流電的作用下，電沉積而制成原箔，然后根據(jù)要求對原箔進(jìn)行表面處理、耐熱層處理及防氧化處理等一系列的表面處理。

相比較壓延銅箔，電解銅箔的制備相對簡單，設(shè)備要求相對簡單，成本相對較低。鋰離子電池用銅箔大部分使用電解銅箔作為負(fù)極基材。

電解銅箔在制備的過程中，由于銅箔在電解時是依靠含銅電解液在鈦輥上生箔的，所以銅箔在貼近鈦輥面是光滑的，稱作光面;另一面是凸凹不平的結(jié)晶組織面，是相對較粗糙的，稱作毛面。

在電解銅箔制備過程中需要控制電解液溫度、電解液濃度、添加劑含量以及生箔時電解液的流速等因素。對于鋰電用電解銅箔，前期制箔過程中控制的因素會影響到銅箔本身的純度、厚度/重量均勻性、強度和延伸率等性能。電解銅箔經(jīng)過電解生成后的厚度一般就是生產(chǎn)廠家需要的厚度，后期需要對銅箔表面進(jìn)行清洗處理，除去表面殘留的電解液，表面抗氧化處理以及干燥處理。在這過程中，表面處理的成都直接影響著銅箔表面光潔度，以及銅箔表面的張力問題。

表面處理后需要符合鋰電用銅箔涂覆要求，過于光滑涂覆效果差，過于粗糙對電池性能均一性有影響，同時，表面處理后銅箔的表面張力對于后期銅箔的分切效率及電池制備工序起著很重要的作用。

銅箔表面處理完成后就需要分切，分切成鋰電廠家需要的寬度和長度。對于大量使用銅箔基材的廠家，希望銅箔寬度適合，銅箔長度在可搬運范圍內(nèi)長度越長越好，這樣可以提高批量生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。但是目前由于受到制箔設(shè)備和分切設(shè)備等的影響，銅箔長度一般都在2500m范圍以內(nèi)。

3、鋰離子電池集流體的鋁箔種類

鋁箔主要以軋制的方法制備而成，其分類方法主要是按照雜質(zhì)種類及含量分類，鋰電用鋁箔主要有1系、3系和8系鋁箔，分別是工業(yè)純鋁、鋁錳系及鋁與其他不常見元素。

4、鋰離子電池集流體鋁箔的制備工藝流程

鋁箔生產(chǎn)主要是通過將鋁箔胚料經(jīng)過多次軋制多次熱處理軋制成需要的厚度。在這個過程中主要有粗軋和精軋兩道工序，精軋后會對鋁箔進(jìn)行表面處理，最后將鋁箔分切成鋰電廠家需要的寬度和長度，在這個過程中也需要很好的控制鋁箔的張力。

一般鋰電池用鋁箔生產(chǎn)廠家使用上游供應(yīng)商提供的鋁錠進(jìn)行軋制，所以鋁錠的成分基本已定，后期對鋁箔的強度延伸率的需求都是通過控制軋制壓力和控制熱處理工藝來實現(xiàn)的。銅箔主要供應(yīng)商隨著電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，全球?qū)︿囯姵氐囊蕾囋絹碓綇娏?，對鋰離子電池材料的需求也越來越多，隨之帶來的更多的材料供應(yīng)商。負(fù)極集流體銅箔的供應(yīng)商也從國外逐漸轉(zhuǎn)向國內(nèi)。對于全球而言，銅箔供應(yīng)商主要分布在亞洲地區(qū)，主要有日本的三井金屬、日本能源、古河電工、福田金屬和日光材料等，還有韓國第一大廠日進(jìn)公司，以及臺灣的長春銅箔和南亞塑膠。全球最大銅箔廠是三井金屬，分布于日本、臺灣、美國、法國和馬來西亞各地。

中國國內(nèi)供應(yīng)商主要有上海金寶、廣東梅縣梅雁電解銅箔、靈寶華鑫銅箔、中科英華高技術(shù)、惠州聯(lián)合銅箔以及其他一些較小的廠商，主要是生產(chǎn)電解銅箔。

國內(nèi)銅箔產(chǎn)品產(chǎn)量相對較低，一般不能完全滿足鋰電池廠商的需求，需要從國外進(jìn)口部分產(chǎn)品，同時國內(nèi)也缺乏中高端銅箔，比如高強度高韌性、超薄銅箔。

5、鋁箔主要供應(yīng)商

鋁箔供應(yīng)商相對較少，國內(nèi)主要有福來順、杭州五星、華西鋁業(yè)、南南鋁業(yè)、四方達(dá)公司、中南鋁業(yè)、上海美鋁以及深圳市振鑫箔電子包裝材料等供應(yīng)商。

國外也是主要集中在日本，主要是日本的東洋鋁業(yè)和日立金屬等。

一些特殊集流體

鋰離子電池的特殊集流體主要是針對特殊需求性能的鋰電池，或者是未為了開發(fā)更高性能材料的集流體。

前段時間有相關(guān)專家提出“無負(fù)極電池”，其實就是設(shè)想負(fù)極銅箔被金屬鋰替代，而且鋰層很薄;同時，也有專家提出用廉價鐵替代價格較高的銅。但是這些信息發(fā)布后很快就遭到質(zhì)疑：從鋰層、鐵箔材料本身來看，性能方面滿足不了鋰電池說需要的高性能，從制造工序和設(shè)備來看，很難滿足生產(chǎn)，最后的成本問題也基本很難解決。

而也有研發(fā)團(tuán)隊不用其他材料替代負(fù)極基材銅箔，而是從銅箔本身出發(fā)，對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，來改善性能，優(yōu)化鋰電池的性能。從最直觀的就是跟銅箔供應(yīng)商合作開發(fā)高強度高延伸率的銅箔，以及開發(fā)更薄的銅箔，來提高電池能量密度;另外，就是采用銅網(wǎng)來提高電池能量密度。