提升鋰離子電池比能量的途徑：微孔銅箔鋁箔優(yōu)勢(shì)與控制要點(diǎn)

提升鋰離子電池比能量的途徑無(wú)非是使用更高容量的正負(fù)極材料，厚度更薄的隔膜紙，厚度更薄的銅箔鋁箔，盡可能的減少其他輔助添加物。

眾所周知，不論3C數(shù)碼類電池還是新能源汽車動(dòng)力電池，對(duì)比能量與充放電倍率性能的要求越來(lái)越高。最新的國(guó)家補(bǔ)貼政策中規(guī)定，純電動(dòng)客車系統(tǒng)能量密度大于95瓦時(shí)/kg,才能拿到100%國(guó)補(bǔ)，95瓦時(shí)的門檻，估計(jì)讓不少磷酸鐵鋰系電池生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)人員愁容滿面了，“就差5瓦時(shí)/kg怎么辦？來(lái)幾塊嫩豆腐，我去~~~我去~~”。

言歸正傳，提升鋰離子電池比能量的途徑無(wú)非是使用更高容量的正負(fù)極材料，厚度更薄的隔膜紙，厚度更薄的銅箔鋁箔，盡可能的減少其他輔助添加物。見下圖：

研發(fā)的重點(diǎn)毫無(wú)疑問都在更高克容的正負(fù)極材料上（合計(jì)重量占比50%以上）。磷酸鐵鋰已無(wú)潛力可挖，三元在向高鎳的進(jìn)軍的途中（鎳鈷錳111—523—622—811—NCA？），但安全是懸在空中的達(dá)摩斯利劍，隨時(shí)有可能刺破鋰電池企業(yè)的心臟，每每前行一步，熱汗冷汗交替，做三元研發(fā)的兄弟們，真是辛苦啦。負(fù)極方面，只能被動(dòng)等待硅碳材料的成熟，硅碳的膨脹系數(shù)太高怎么辦？壽命不足怎么辦？我聽取了哇聲一片-------還有一招，采用更薄的隔膜紙！但隔膜僅占電池重量的4~5%，隔膜太薄還會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極短路風(fēng)險(xiǎn)增加，結(jié)果往往得不償失。

現(xiàn)階段，鋰離子電池生產(chǎn)使用的常規(guī)銅箔厚度8μm~12μm（3C數(shù)碼類電池用銅箔已有采用6~7μm銅箔），鋁箔的厚度12μm~20μm，作為正負(fù)極導(dǎo)電基材占鋰離子電池重量的15%~20%，如何進(jìn)一步降低銅鋁箔的重量比從而提升比能量呢？于是，微孔銅箔鋁箔就是在這樣的環(huán)境刺激下孕育而生，橫空出世?。ú粫?huì)牛B吹大了吧？）

微孔銅箔鋁箔的現(xiàn)有規(guī)格（機(jī)械加工的方式制孔，保持箔材原有的物理性能，涂布不斷裂，0毛刺不滲漏）：

一、微孔箔材在鋰離子電池的應(yīng)用具有哪些優(yōu)勢(shì)呢？（以孔隙率17%的微孔箔為例）

1、直接有效提升鋰電池比能量；

同等規(guī)格的箔材，孔隙率17%的微孔箔，重量減少17%；同等面密度，正負(fù)極壓實(shí)提高（部分材料填充進(jìn)入孔隙間）。

2、有效提升鋰電池倍率性能；

常規(guī)箔材的鋰電池，鋰離子的遷移通過箔材二維方向向極耳端擴(kuò)散，箔材通孔后，鋰離子的擴(kuò)散路徑可轉(zhuǎn)化為立體全方位穿透，且可通過進(jìn)入到孔隙間的正負(fù)極材料與箔材的接觸面增加，縮小鋰離子遷移半徑，提高導(dǎo)電效率。（個(gè)人觀點(diǎn)認(rèn)為鋰離子倍率性能制約瓶頸不在于電子的傳導(dǎo)，而在于鋰離子轉(zhuǎn)移效率，如多孔狀的科琴碳黑在倍率型電池上的應(yīng)用效果就比非多孔狀的導(dǎo)電劑實(shí)驗(yàn)效果更好）

3、有效降低鋰電池內(nèi)阻；

同等箔材做的對(duì)比顯示，同時(shí)使用用沖孔銅箔與鋁箔可有效降低內(nèi)阻8%~20%。

理論依據(jù)，推測(cè)是導(dǎo)電箔材與正負(fù)極接觸面增加，同時(shí)箔材自身內(nèi)阻降低的雙重效應(yīng)所致。（不確定）

個(gè)人觀點(diǎn)認(rèn)為：若正負(fù)極極片涂層厚度小于箔材微孔的半徑，則內(nèi)阻會(huì)增加，反之，則內(nèi)阻降低。涂層最外側(cè)的鋰離子到箔材表面的接觸距離與倍率性能相關(guān)，電芯設(shè)計(jì)中，面密度高，則倍率性能的發(fā)揮可能越低。（歡迎行業(yè)朋友共同探討）

4、鋰電池電解液注入后的浸潤(rùn)效率可大幅度提升，且能100%確保浸潤(rùn)一致性。

常規(guī)箔材的鋰電池，電解液從縱向四周向中心擴(kuò)散浸潤(rùn)，打孔后是呈立體式滲透擴(kuò)散，徹底消除部分電池極片中心浸潤(rùn)不到的問題。行業(yè)內(nèi)，已有反饋單體電芯一致性不夠的原因之一就是浸潤(rùn)一致性引起的。

5、提高了箔材的表面粘附力，通過孔隙間的材料，正負(fù)極極片涂層正反兩面材料形成“工”字型咬合狀態(tài)，極片脫落的概率可大幅度降低。

6、提升極片的彎折柔軟度，更適用于柔性電池的應(yīng)用。（已有公司批量用于制作可穿戴鋰電池，性能提升明顯）

7、其它優(yōu)勢(shì)，尚需用戶進(jìn)一步挖掘。

二、微孔銅箔鋁箔在鋰離子電池上的控制要點(diǎn)

1、涂布防滲漏；

微孔銅箔鋁箔在涂布過程中，要防止?jié){料粘度過低造成擠壓噴涂過程中，漿料從箔材孔隙間滲漏，不同孔徑、孔隙率的箔材對(duì)漿料的粘度要求不同。以17%孔隙率，孔徑0.35mm的微孔鋁箔為例，通過試驗(yàn)表明，正極材料粘度要求在8000左右，最低不宜低過6000，擠壓式噴涂過程中，需要適當(dāng)調(diào)整傳動(dòng)速度。（漿料靜置時(shí)間過長(zhǎng)，容易少部分滲透到另一面，快速洪干可以解決）

2、極片分切的毛刺控制；

最后，希望已經(jīng)完成微孔銅箔或鋁箔用于鋰離子電池實(shí)驗(yàn)的同行朋友們，能夠分享數(shù)據(jù)，共同交流。

另：微孔銅箔用于鋰電容、超級(jí)電容、鎳鎘、鎳氫電池，性能提升非常明顯，未規(guī)模化推廣開來(lái)的原因是成本問題。采用機(jī)械加工的方式制孔，生產(chǎn)效率極高，預(yù)計(jì)規(guī)模量產(chǎn)后的成本比常規(guī)的雙光銅箔價(jià)格增幅有限(估計(jì)最終售價(jià)在13萬(wàn)/噸左右)。