Para
baterias de íon-lítio , o coletor positivo usual é a folha de alumínio e o coletor negativo é a folha de cobre. Para garantir a estabilidade do fluido coletor dentro da bateria, é necessário que a pureza de ambos esteja acima de 98%. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de lítio, seja ela usada para
baterias de lítiode produtos digitais ou baterias de veículos elétricos, todos esperamos que a densidade de energia da bateria seja a mais alta possível, o peso da bateria esteja cada vez mais leve, e o mais importante na coleta de fluidos é reduzir a espessura e peso da coleção de fluidos e reduz intuitivamente o volume e o peso da bateria. Por que o eletrodo positivo da bateria de íon de lítio usa folha de alumínio e o eletrodo negativo usa folha de cobre, há três razões:
Primeiro, a folha de cobre e alumínio tem boa condutividade, textura macia e preço barato. Como todos sabemos, o princípio de funcionamento das baterias de lítio é um dispositivo eletroquímico que converte energia química em energia elétrica, portanto neste processo precisamos de um meio para transferir a energia elétrica convertida por energia química, aqui precisamos de materiais condutores. Em materiais comuns, os materiais metálicos são os melhores materiais para condutividade elétrica e, em materiais metálicos, o preço é barato e a condutividade é boa: folha de cobre e folha de alumínio. Ao mesmo tempo, nas baterias de lítio, temos principalmente dois métodos de processamento: enrolamento e laminação. Em relação ao enrolamento, a folha do eletrodo usada para a preparação da bateria precisa ter uma certa maciez para garantir que a folha do eletrodo não ocorra na fragilidade do enrolamento e outros problemas, e o material metálico, folha de cobre e alumínio, também é um metal macio. Finalmente, considere o custo de preparação da bateria, relativamente falando, o preço da folha de cobre e alumínio é relativamente barato e os recursos mundiais de cobre e alumínio são ricos.
Em segundo lugar, a folha de cobre e alumínio também é relativamente estável no ar. O alumínio é fácil de reagir quimicamente com o oxigênio do ar, gerando uma densa película de óxido na camada superficial do alumínio para evitar reações adicionais do alumínio, e essa fina película de óxido também tem um certo efeito protetor sobre o alumínio no eletrólito. O próprio cobre é relativamente estável no ar e basicamente não reage no ar seco.
Terceiro, os potenciais positivos e negativos das baterias de lítio determinam o eletrodo positivo com folha de alumínio e o eletrodo negativo com folha de cobre, e não o contrário. O potencial positivo do eletrodo é alto e a folha de cobre é fácil de ser oxidada em alto potencial, enquanto o potencial de oxidação do alumínio é alto e a camada superficial da folha de alumínio tem uma película densa de óxido, que também tem um bom efeito protetor no alumínio interno. Ambos são usados como coletores de fluidos porque têm boa condutividade elétrica, são de textura relativamente macia (o que também pode favorecer a ligação), são relativamente comuns e baratos e ambos podem formar uma película protetora de óxido na superfície.
O tamanho do vazio octaédrico da rede do metal alumínio é semelhante ao tamanho do Li, e é fácil formar compostos intersticiais metálicos com Li, Li e Al, não apenas formando uma liga com a fórmula química LiAl, mas também pode formar Li3Al2 ou Li4Al3. Devido à alta atividade da reação entre o metal Al e o Li, o metal Al consome uma grande quantidade de Li, e sua estrutura e forma também são destruídas, por isso não pode ser usado como coletor de fluido para o eletrodo negativo de baterias de íon-lítio . No processo de carga e descarga da bateria, o Cu possui apenas uma pequena quantidade de capacidade incorporada de lítio e mantém a estabilidade de sua estrutura e desempenho eletroquímico, podendo ser usado como coletor de fluido para o eletrodo negativo de baterias de íon-lítio. Quando a folha de Cu está em 3,75 V, a corrente de polarização começa a aumentar significativamente, e aumenta linearmente, e a oxidação se intensifica, indicando que o Cu se torna instável neste potencial. Em toda a faixa de potencial de polarização da folha de alumínio, a corrente de polarização é pequena e constante, nenhum fenômeno óbvio de corrosão é observado e o desempenho eletroquímico é estável. Devido à pequena capacidade de inserção de lítio na faixa de potencial positivo das baterias de íon de lítio, o Al pode manter a estabilidade eletroquímica e é adequado para o fluido coletor positivo das baterias de íon de lítio.
Em segundo lugar, a camada de óxido superficial de cobre/níquel é um semicondutor, condução de elétrons, a camada de óxido é muito espessa, a impedância é grande; A camada de óxido de alumina na superfície do alumínio é um isolante, a camada de óxido não pode conduzir eletricidade, mas por ser muito fina, a condutância eletrônica é alcançada através do efeito túnel, se a camada de óxido for espessa, o nível de condutividade da folha de alumínio é pobre e até mesmo isolamento. A coleta geral de fluidos antes do uso é melhor feita através da limpeza da superfície, por um lado para lavar o óleo, enquanto remove a espessa camada de óxido.
Terceiro, o potencial positivo do eletrodo é alto e a fina camada de óxido de alumínio é muito densa, o que pode impedir a oxidação da coleta de fluido. A camada de óxido de folha de cobre/níquel é relativamente solta, a fim de evitar sua oxidação, o potencial mais baixo é melhor, e é difícil formar uma liga de lítio com Cu/níquel em baixo potencial, mas se a superfície de cobre/níquel for oxidado em grandes quantidades, o Li reagirá com o óxido de cobre/níquel em um potencial ligeiramente mais alto. A folha de alumínio não pode ser usada como eletrodo negativo e a liga de LiAl ocorrerá em baixo potencial. Quarto, o fluido coletor requer composição pura. A impureza da composição de Al fará com que o filme superficial não seja denso e ocorra corrosão pontual, e ainda mais devido à destruição do filme superficial leva à formação de liga LiAl. Com o rápido desenvolvimento da eletricidade de lítio nos últimos anos, o desenvolvimento de coletores de fluidos para baterias de lítio também é rápido. A folha de alumínio positiva foi reduzida de 16um nos anos anteriores para 14um e depois para 12um, e agora muitos fabricantes de baterias produziram em massa folhas de alumínio de 10um e até 8um. A folha de cobre negativa, devido à sua boa flexibilidade da folha de cobre, sua espessura é reduzida dos 12um anteriores para 10um, e depois para 8um, até agora, um grande número de fabricantes de baterias usam 6um na produção em massa, e alguns fabricantes estão desenvolvendo 5um/4um é possível usar. Como a bateria de lítio possui requisitos de alta pureza para a folha de cobre e alumínio utilizada, a densidade do material está basicamente no mesmo nível, e com a redução da espessura de desenvolvimento, a densidade da superfície também é reduzida de forma correspondente e o peso da bateria está naturalmente ficando cada vez menor, o que atende às nossas necessidades de baterias de lítio. Os requisitos de rugosidade superficial da folha de cobre e alumínio para bateria de lítio: para o coletor de fluido, além de sua espessura e peso terem impacto na bateria de lítio, o desempenho da superfície do coletor de fluido também tem um impacto maior na produção e desempenho de a bateria. Em particular, devido aos defeitos da tecnologia de preparação, as folhas de cobre no mercado são principalmente lã unilateral, lã dupla face e variedades de revestimento grosso dupla face. A estrutura assimétrica dos dois lados leva à resistência de contato assimétrica do revestimento em ambos os lados do eletrodo negativo, de modo que a capacidade negativa de ambos os lados não possa ser liberada uniformemente. Ao mesmo tempo, a assimetria de ambos os lados também faz com que a resistência da ligação do revestimento negativo seja inconsistente, e o ciclo de vida do ciclo de carga-descarga do revestimento negativo em ambos os lados seja seriamente desequilibrado, acelerando assim a atenuação da capacidade da bateria.