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MJtongshao

银虫 (著名写手)

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[交流] 为什么锂离子电池集流体负极要用铜箔，正极要用铝箔？已有4人参与

为什么锂离子电池集流体负极要用铜箔，正极要用铝箔？

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1楼 2021-01-09 22:07:43

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诚智勇恒

新虫 (小有名气)

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1、集流体的作用主要就是导电。这个跟我们电线的材料类似也是用的铜丝或者铝丝。最好的肯定是银，但是贵金属元素毕竟稀有，而世界上铜和铝元素资源丰富，价格也相对便宜。
2、铜铝箔也是质地较软的金属。另一方面，铜铝箔在空气中也相对比较稳定。
3、铝很容易跟空气中的氧气发生化学反应，在铝表面层生成一层致密的氧化膜，阻止铝的进一步反应，而这层很薄的氧化膜在电解液中对铝也有一定的保护作用。铜在空气中本身比较稳定，在干燥的空气中基本不反应。
4、铜/镍表面氧化层属于半导体，电子导通；而铝表面氧化层氧化铝属绝缘体，氧化层不能导电，但由于其很薄，通过隧道效应实现电子电导，若氧化层较厚，阻抗较大，导电性能差，甚至绝缘。
5、正极电位高，铜/镍箔氧化层较疏松些，在高电位下很容易被氧化，而铝的氧化电位高，且铝箔表层有致密的氧化膜，对内部的铝也有较好的保护作用。
6、铝在低电位下与锂会发生合金化反应（例如负极为锂0 V或石墨0.2 V）因而被消耗。金属铝的晶格八面体空隙大小与Li 大小相近，极易与Li形成金属间隙化合物，Li 和Al不仅形成了化学式为LiAl的合金，还有可能形成了Li3Al2或Li4Al3。由于金属Al与Li 反应的高活泼性，使金属Al消耗了大量的Li ，本身的结构和形态也遭到破坏，故不能作为锂离子电池负极的集流体。
7、Cu在电池充放电过程中，只有很少的嵌锂容量，并且保持了结构和电化学性能的稳定，可作为锂离子电池负极的集流体；但是若铜/镍表面大量氧化，在稍高电位下Li会与氧化铜/镍发生嵌锂发应，Cu箔在3.75V时，极化电流开始显著增大，并且呈直线上升，氧化加剧，表明Cu在此电位下开始不稳定