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產品與解決方案

Products & Solution

上海聯凈-鋰電鋰負極集流體復合材料——鋰銅復合帶制作方案

鋰電鋰負極集流體復合材料——鋰銅復合帶制作方案

把鋰箔和銅集流體一體性設計,制備出3D 結構的Li/Cu 集流體負極,從而改善了鋰金屬負極電流分布不均勻的缺點。通過機械加工把銅網嵌入鋰金屬中,形成Li/Cu 集流體負極。與未進行過處理的鋰負極相比,Li/Cu 集流體負極的三維空間結構可以加快電荷轉移速度和減小界面阻力;較大的比表面積,降低了局部的電流密度,使得電荷分布均勻,Li沉積時變得均勻從而降低了鋰枝晶的生長速率;3D Cu/Li 復合電極還具有優異的倍率性能和高的循環穩定性

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產品詳情

product details

 

鋰離子電池是目前綜合性能最好的電池系統,由于能量比能量高、體積小、循環壽命高、無記憶效應、無污染等特點,已迅速發展成為新一代的儲能電源,被用于電動汽車、混合動力汽車、航空航天等領域。

       傳統負極材料主要是石油焦碳和石墨,但是隨著人們對能量密度要求的不斷提高,碳負極也暴露了諸多問題如:(1)克容量不足,難以滿足動力電池的實際需求;(2)純度較低,副反應較多;(3)層狀結構穩定性較差,經過長時間充放電循環后易坍塌,導致比容量嚴重下降以及儲能壽命大幅度縮短;(4)倍率性能較差,不能進行大電流充放電,否則會損害電池;(5)充放電平臺過低。

      目前人們對電池能量密度要求越來越高,而鋰離子電池負極材料中金屬鋰負極由于具有高的比容量(3860mAh/g)、最低的電化學勢(-3.04V)、較小的密度(0.534g/cm3),因而是最具有前景的高能鋰離子電池負極材料,更是新興產業的最佳選擇。

 

1 鋰離子電池工作原理


       鋰電池是一種二次電池,主要依靠鋰離子在正負極之間的往返嵌入和脫出來工作,實現能量的存儲和釋放。充電時,鋰離子會在電場的驅動下從正極晶格中脫出,經電解質后嵌入到負極晶格中。放電過程與此相反,鋰離子從負極返回正極,電子通過用電器由外電路到達正極與鋰離子復合。電池放電,此時負極上的電子通過外部電路進入正極,鋰離子 Li + 從負極進入到電解液里并到達正極,接受電子還原。


鋰離子電池工作原理

圖:鋰電池工作原理



2 鋰電池負極銅基集流體

 

   擁有3860mAh/g理論容量的鋰金屬作是一種非常理想的鋰電池負極材料。針對其循環過程中易形成死鋰與枝晶鋰而導致穿刺隔膜,以及鋰嵌入/脫出時巨大的體積變化等問題,現已經有多種解決思路,其中多孔集流體作為嵌鋰主體的方法成為了近年來主要解決方案。通過多孔集流體提供的超大比表面積,能有效地降低充放電時的電流密度,使得鋰離子的沉積可以相對緩慢的進行,并且提供了更多的成核位點,由此緩解枝晶鋰與死鋰的形成以及脫嵌鋰過程中的巨大的體積變化。

(1) 高比表面積使得電流密度有效降低, 在充放電過程中, 鋰離子的形核位點增多, 沉積更加均勻, 可抑制枝晶鋰的生長。

(2) 大量的孔洞為負極活性物質的體積變化提供了足夠的緩沖空間,增強了集流體與活性物質如鋰金屬的結合力, 減少循環過程中鋰的脫落而形成的死鋰,從而減少不可逆容量的損失。


平面銅箔上鋰沉積行為示意圖

圖:平面銅箔上鋰沉積行為示意圖


多孔銅箔上鋰沉積行為示意圖

圖:多孔銅箔上鋰沉積行為示意圖


       現在使用銅材料用作集流體的非常多,比較常見的一般是以下幾種類型:1、連續銅箔集流體,2、銅絲編織型銅網集流體,3、泡沫銅集流體,4、三維納米多孔銅集流體。這些多孔銅箔相比于商用連續銅箔,具有許多不可比擬的優勢,它可以與活性材料形成更加充分的導電網絡,應對活性材料的高膨脹率問題也具備有效價值,并能減少電池的總質量等


 

3、鋰電池負極銅基集流體制作方案


       利用機械壓力把多孔銅網集流體嵌入鋰金屬中,形成一個3D Cu/Li復合電極的結構,形成一個穩定的鋰金屬負極。



3.1工藝流程


鋰電池負極銅基集流體工藝流程


      ① 鋰帶壓延:將鋰帶壓延至0.02--0.1mm,設計一組壓延,壓延時上輥用離型膜保護,防止粘附輥體。下輥牽引膜保護,一并收卷。

② 鋰銅雙面復合:把壓延好的鋰帶與銅箔進行雙面復合,除去牽引膜再進行收卷,根據需要可對復合好的成品單面復保護膜或雙面復保護膜。


 

3.2質量要求


銅基鋰電集流體復合帶表面應平直,光亮,不應有油斑或其他雜物,不得有目視可見的氧化物及氮化物,不應有皺邊、孔眼、裂縫、折痕、壓線等缺陷,允許有輕微的加工條紋和輥印、邊緣應整齊,無裂口。


銅基鋰電集流體復合帶質量要求

 

3.3 生產設備結構


機架、放卷機組、壓延機組、復合機組、收卷機組、電控系統;功能包含糾偏、張力控制、無料檢測、靜電消除、長度計米等



銅基鋰電集流體復合帶生產設備結構

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