鋰離子電池是目前綜合性能最好的電池系統(tǒng)，由于能量比能量高、體積小、循環(huán)壽命高、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等特點(diǎn)，已迅速發(fā)展成為新一代的儲(chǔ)能電源，被用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、航空航天等領(lǐng)域。

       傳統(tǒng)負(fù)極材料主要是石油焦碳和石墨，但是隨著人們對(duì)能量密度要求的不斷提高，碳負(fù)極也暴露了諸多問題如：（1）克容量不足，難以滿足動(dòng)力電池的實(shí)際需求；（2）純度較低，副反應(yīng)較多；（3）層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間充放電循環(huán)后易坍塌，導(dǎo)致比容量嚴(yán)重下降以及儲(chǔ)能壽命大幅度縮短；（4）倍率性能較差，不能進(jìn)行大電流充放電，否則會(huì)損害電池;（5）充放電平臺(tái)過低。

      目前人們對(duì)電池能量密度要求越來越高，而鋰離子電池負(fù)極材料中金屬鋰負(fù)極由于具有高的比容量（3860mAh/g）、最低的電化學(xué)勢(shì)（-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(fù)極材料，更是新興產(chǎn)業(yè)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(fù)極之間的往返嵌入和脫出來工作，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。充電時(shí)，鋰離子會(huì)在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下從正極晶格中脫出，經(jīng)電解質(zhì)后嵌入到負(fù)極晶格中。放電過程與此相反，鋰離子從負(fù)極返回正極，電子通過用電器由外電路到達(dá)正極與鋰離子復(fù)合。電池放電，此時(shí)負(fù)極上的電子通過外部電路進(jìn)入正極，鋰離子 Li + 從負(fù)極進(jìn)入到電解液里并到達(dá)正極，接受電子還原。

圖：鋰電池工作原理

2 鋰電池負(fù)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(fù)極材料。針對(duì)其循環(huán)過程中易形成死鋰與枝晶鋰而導(dǎo)致穿刺隔膜，以及鋰嵌入/脫出時(shí)巨大的體積變化等問題，現(xiàn)已經(jīng)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(shí)的電流密度，使得鋰離子的沉積可以相對(duì)緩慢的進(jìn)行，并且提供了更多的成核位點(diǎn)，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(diǎn)增多， 沉積更加均勻， 可抑制枝晶鋰的生長(zhǎng)。

（2） 大量的孔洞為負(fù)極活性物質(zhì)的體積變化提供了足夠的緩沖空間，增強(qiáng)了集流體與活性物質(zhì)如鋰金屬的結(jié)合力， 減少循環(huán)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。

圖：平面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(xiàn)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(xù)銅箔集流體，2、銅絲編織型銅網(wǎng)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(xù)銅箔，具有許多不可比擬的優(yōu)勢(shì)，它可以與活性材料形成更加充分的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)對(duì)活性材料的高膨脹率問題也具備有效價(jià)值，并能減少電池的總質(zhì)量等

3、鋰電池負(fù)極銅基集流體制作方案

       利用機(jī)械壓力把多孔銅網(wǎng)集流體嵌入鋰金屬中，形成一個(gè)3D Cu/Li復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極。

3.1工藝流程

      ①　鋰帶壓延：將鋰帶壓延至0.02--0.1mm，設(shè)計(jì)一組壓延，壓延時(shí)上輥用離型膜保護(hù)，防止粘附輥體。下輥牽引膜保護(hù)，一并收卷。

②　鋰銅雙面復(fù)合：把壓延好的鋰帶與銅箔進(jìn)行雙面復(fù)合，除去牽引膜再進(jìn)行收卷，根據(jù)需要可對(duì)復(fù)合好的成品單面復(fù)保護(hù)膜或雙面復(fù)保護(hù)膜。

3.2質(zhì)量要求

銅基鋰電集流體復(fù)合帶表面應(yīng)平直,光亮，不應(yīng)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(yīng)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(yīng)整齊，無(wú)裂口。

3.3 生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)

機(jī)架、放卷機(jī)組、壓延機(jī)組、復(fù)合機(jī)組、收卷機(jī)組、電控系統(tǒng)；功能包含糾偏、張力控制、無(wú)料檢測(cè)、靜電消除、長(zhǎng)度計(jì)米等