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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)簡單，設(shè)備要求相對(duì)簡單，成本相對(duì)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(shí)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(duì)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(shí)電解液的流速等因素。對(duì)于鋰電用電解銅箔，前期制箔過程中控制的因素會(huì)影響到銅箔本身的純度、厚度/重量均勻性、強(qiáng)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(duì)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(duì)電池性能均一性有影響，同時(shí)，表面處理后銅箔的表面張力對(duì)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(duì)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(yùn)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(gè)過程中主要有粗軋和精軋兩道工序，精軋后會(huì)對(duì)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(gè)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(duì)鋁箔的強(qiáng)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(shí)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?qiáng)烈，對(duì)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(duì)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(tái)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(tái)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(duì)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(shí)國內(nèi)也缺乏中高端銅箔，比如高強(qiáng)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(duì)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(duì)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(shí)間有相關(guān)專家提出“無負(fù)極電池”，其實(shí)就是設(shè)想負(fù)極銅箔被金屬鋰替代，而且鋰層很薄;同時(shí)，也有專家提出用廉價(jià)鐵替代價(jià)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(duì)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(duì)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(qiáng)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。