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对于锂离子电池来说，常用的阴极集电体是铝箔，而阳极集电体是铜箔。为了保证电池内部集流体的稳定性，要求两者的纯度在98%以上。随着锂电池技术的不断发展，无论是数码产品的锂电池还是电动汽车的电池，我们都希望电池的能量密度越高越好，电池的重量也越来越轻。

在集电体中，最重要的是减少集电体的厚度和重量，这就直观地减少了电池的体积和重量。为什么锂离子电池的阴极电极使用铝箔，阳极电极使用铜箔？有三个原因：

 

为什么选择铜箔和铝箔做电极电流收集器

首先，铜箔和铝箔具有良好的导电性，质地柔软，价格低廉。我们都知道，锂电池的工作原理是将化学能转化为电能的一种电化学装置。在这个过程中，我们需要一种介质来传递由化学能转化的电能，这里就需要导电材料。

在普通材料中，金属材料是最具导电性的材料，而在金属材料中，铜箔和铝箔是廉价而良好的导电材料。同时，在锂电池中，我们主要有两种加工方法：绕线和层压。

与21700电池这样的卷绕方式相比，用于制备电池的极片需要有一定的弹性，以保证极片在卷绕过程中不出现脆性断裂等问题。在金属材料中，铜箔和铝箔也是一种软金属。最后，要考虑电池的制备成本。相对来说，铜铝箔的价格比较便宜，而且世界上的铜铝元素资源丰富。

 

 

第二，铜铝箔在空气中相对稳定。铝容易与空气中的氧气发生化学反应，在铝的表面形成一层致密的氧化膜，防止铝进一步反应，而且这层很薄的氧化膜对电解质中的铝也有一定的保护作用。铜本身在空气中是比较稳定的，在干燥的空气中基本上不发生反应。

第三，锂电池的阴极和阳极的电位决定了阴极电极使用铝箔，阳极电极使用铜箔，而不是反过来。阴极电极电位高，而铜箔在高电位下容易被氧化。

铝的氧化电位高，铝箔的表面有一层致密的氧化膜，对内部的铝也有很好的保护作用。这两种材料都被用作电流收集器，因为它们具有良好的导电性，质地柔软（也许这也有利于粘合），而且比较常见和便宜。同时，两者的表面都可以形成一层氧化物保护膜。

 

 

为什么阴极和阳极的集电体不同？

1. 金属铝的晶格八面体空隙大小与Li相似，容易与Li形成金属间化合物。Li和Al不仅形成化学式为LiAl的合金，还可能形成Li3Al2或Li4Al3。由于金属Al与Li反应的活性很高，金属Al消耗了大量的Li，其结构和形态也受到破坏，因此不能作为锂离子电池阳极的集流体；

在电池充放电过程中，Cu只有少量的锂插层能力，并保持结构和电化学性能的稳定，可以作为锂离子电池负极的集流体；当Cu箔在3.75V时，极化电流开始明显增加，并呈直线上升，氧化加剧，说明Cu在此电位下开始不稳定；

在铝箔的整个极化电位范围内，极化电流小且恒定，没有观察到明显的腐蚀现象，电化学性能稳定。由于铝在锂离子电池阴极电位范围内的锂插层容量较小，且能保持电化学稳定性，适合作为锂离子电池的阴极电流收集器。

 

 

2. 铜/镍表面的氧化层是一种半导体，电子可以导电。氧化层太厚，阻抗就大；而铝表面的氧化层是氧化铝绝缘体，氧化层不能导电。导电性，如果氧化层厚，铝箔的导电性就差，甚至是绝缘。一般来说，集电体在使用前要对其表面进行清洗。一方面可以洗去油污，同时可以去除厚的氧化层。

3. 阴极电极电位高，铝薄的氧化层非常致密，可以防止集电器被氧化。而铜/镍箔的氧化层比较松散，为了防止其被氧化，最好有较低的电位。同时，在低电位下，Li很难与Cu/nickel形成锂的插层合金。然而，如果铜/镍的表面被严重氧化，Li会在稍高的电位下与铜/镍的氧化物反应。虽然铝箔不能作为阳极电极，但在低电位下会发生LiAl合金化。

4. 电流收集器需要纯净的成分。铝的成分不纯，会因为表面膜不密实而导致点状腐蚀的发生，甚至会因为表面膜的破坏而形成LiAl合金。

 

 

铜箔和铝箔的厚度要求

随着近几年锂电池的快速发展，锂电池的集电体也得到了快速发展。阴极铝箔已由前几年的16um降至14um，再降至12um。现在很多电池厂商包括十大锂离子电池厂商都使用10um，甚至使用8um铝箔。

至于用于阳极的铜箔，由于其良好的柔韧性，铜箔的厚度从12um减少到10um，然后再减少到8um。到目前为止，全球十大锂电池铜箔公司大多采用6um进行批量生产，也有一些厂家在开发5um/4um。

由于锂电池对所用铜箔和铝箔的纯度要求很高，材料的密度基本在同一水平，随着开发厚度的降低，面积密度也相应降低，电池的重量自然越来越小，这也符合我们对锂电池的需求。

 

 

铜箔和铝箔的表面粗糙度要求

对于集电体，除了其厚度和重量对锂电池的影响外，集电体的表面性能对电池的生产和性能也有很大影响。特别是对于阳极集电体，由于制备技术的缺陷，市场上的铜箔主要有单面毛料、双面毛料、双面粗化等品种。

这种双面结构的不对称性导致阳极电极两侧涂层的接触电阻不对称，进而使阳极电极两侧的容量不能均匀释放；同时，两侧的不对称性也导致阳极电极涂层的结合强度不一致，两侧阳极电极涂层的充放电循环寿命严重不平衡，从而加速了电池容量的衰减。