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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 化学电源 » 锂离子电池集流体
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wkf1234

铁杆木虫 (正式写手)

[交流] 锂离子电池集流体 已有5人参与

请教，锂离子电池中使用铜箔作为负极的集流体，铝箔作为正极的集流体，能反着使用吗？如果负极使用铝箔作为集流体，正极使用铜箔作为集流体，会怎样？
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1楼 2015-02-07 20:20:26
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w5612659212

铁虫 (初入文坛)
★ ★ ★ ★ ★ ★
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wkf1234: 金币+5, 很详细 2015-02-10 18:00:19
AL不能做负极集流体，因为是嵌锂活性的，Cu是非活性的。
Cu不能做正极集流体，因为充电过程中会氧化。
一般情况下锂电池正极用铝箔，负极石墨电极用铜箔。因为铝在低电位下会嵌锂，形成锂铝合金，不宜做负极集流体；不过要是负极电池较高的话可以用铝箔，比如如果选择钛酸锂为负极材料就可以用铝箔；
铜在高电位下会氧化，不宜做正极集流体。
作为锂电池负极集流体材料，必须满足在充电过程中，集流体与锂离子不发生反应，并尽量多的满足锂离子的可逆脱嵌。铜箔作为电池负极集流体时，由于一定温度下其与锂无合金相存在，理论上不会形成金属间化合物，因此可以作为锂电池的负极集流体；与此对应的铝箔由于其与Li有可能形成金属间化合物，造成不可逆损失，从而影响电池的容量发挥，因此不能作为电池的负极集流体使用。
作为锂电池正极集流体，必须保证材料在电池循环过程中的电化学稳定性，磷酸铁锂电池工作电压，即铁与锂的氧化还原电位差在3.4V左右，而一价铜的氧化还原电位为0.184V，铝的氧化还原电位为-0.166V，均低于3.4V
，理论上都会发生氧化反应，但Al在被氧化时，容易在其表面形成一层致密的Al2O3膜，从而阻碍Al继续被氧化；而Cu在被氧化时，没有类似的钝化作用。因此铝箔可以作为正极集流体。
  由于金属Al的晶格八面体空隙大小与Li+半径大小相近,Li+较易嵌入Al晶格中,作为石墨负极的集流体时,有很高的嵌锂容量及不可逆容量损失,并伴随有物理形态的变化;而Cu作为石墨负极的集流体时,只有较少的嵌锂容量,故Cu适合作负极的集流体。在正极的工作电压区间,Al作LiCoO2正极集流体,具有电化学性能稳定且嵌脱锂容量低的特点
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qinbsh
求女友--
6楼2015-02-09 09:55:38
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kangxu

新虫 (小有名气)
★
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11楼: Originally posted by wkf1234 at 2015-02-11 13:48:48
既然电子可以透过氧化铝的氧化膜层，那铝的活泼性比铜大，在充电过程中，应该更容易被氧化啊？...

问得很好。好像电池界专门论述这个问题的很少。金属腐蚀和保护里有相关基础理论。
简单说，电子透过只是氧化的必要条件之一。铝集流体在电解液中首次充电时表面经过很复杂的变化。首先如果锂盐是LiPF6，表面的氧化铝会部分重整为致密的氟化铝。其次表层下的单质铝会有氧化的倾向（特别是在原来原生氧化层的缺陷处）。新生成的氟化铝不允许铝三价离子通过，于是上面的氧化过程只进行了表面数个原子层厚度就停止。
与此相对的是LiTFSI，由于三价铝可以源源不断地进入溶液，上述氧化过程也就不断进行，直至铝集流体被完全腐蚀。
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12楼2015-02-15 09:54:49
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Tony-Yang

金虫 (正式写手)

就叫我雷锋吧
★ ★ ★ ★ ★ ★
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wkf1234: 金币+5, 很详细 2015-02-10 17:59:27
正极用铝箔是因为铝箔表面的氧化铝层很致密，使得在充电时铝的氧化电位很高，好像是高于4.7V吧，但是铜的氧化层比较松散，做正极集流体时，充电时3.55V铜就会氧化。负极不能用铝箔是因为铝的原子半径比较大，充电时锂离子可能会嵌入铝箔形成铝锂合金，几次循环下来铝箔就会碎掉，我知道的情况是这样的
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美其名曰：搞科研的
5楼2015-02-09 09:44:34
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liucheng200883

至尊木虫 (著名写手)

帝
★ ★ ★ ★ ★ ★
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wkf1234: 金币+5, 很详细 2015-02-10 18:00:39
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；而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。
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；而铝箔在整个极化电位区间，极化电流较小，并且恒定，没有观察到明显腐蚀现象的发生，保持了电化学性能的稳定。 由于在锂离子电池正极电位区间， Al的嵌锂容量较小，并且能够保持电化学稳定，适合作锂离子电池的正极集流体。
你看看上面的，再看看是否可以反正用，反正用会怎么样。
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个性造就风格，风格成就人生，人生创造奇迹
8楼2015-02-10 12:00:15
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qinbsh

木虫 (正式写手)
★
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12楼: Originally posted by kangxu at 2015-02-15 09:54:49
问得很好。好像电池界专门论述这个问题的很少。金属腐蚀和保护里有相关基础理论。
简单说，电子透过只是氧化的必要条件之一。铝集流体在电解液中首次充电时表面经过很复杂的变化。首先如果锂盐是LiPF6，表面的氧化 ...

膜拜啊。。。阁下不会就是锂电池界传说中的 Kang Xu吧
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业精于勤，而荒于嬉
17楼2017-09-14 03:44:06
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普通回帖

渡海浮囊

金虫 (小有名气)
★
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集流体可能参加反应，就看你用的电压窗口是多少了

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2楼2015-02-08 08:40:35
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阿Q~~

至尊木虫 (文坛精英)
★
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路过的看了一下，帮顶~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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自强不息，厚德载物；独立精神，自由思想。
3楼2015-02-08 09:14:21
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qq394871254

金虫 (正式写手)

院士
★
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都可以  在2-4.2V 之间 没有问题
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4楼2015-02-08 14:07:45
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wangmf8585

金虫 (正式写手)
★
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学习一下。
提供负极集流体——电解铜箔
www.tlhlfk.com
铜陵汇利丰科贸易有限公司
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7楼2015-02-09 14:31:26
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wkf1234

铁杆木虫 (正式写手)
引用回帖:
5楼: Originally posted by Tony-Yang at 2015-02-09 09:44:34
正极用铝箔是因为铝箔表面的氧化铝层很致密，使得在充电时铝的氧化电位很高，好像是高于4.7V吧，但是铜的氧化层比较松散，做正极集流体时，充电时3.55V铜就会氧化。负极不能用铝箔是因为铝的原子半径比较大，充电时 ...

氧化铝是不导电的吧？那怎么还做集流体呢？活性物质的电子能通过这层氧化铝膜传电吗？
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9楼2015-02-11 12:46:56
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kangxu

新虫 (小有名气)
★
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引用回帖:
9楼: Originally posted by wkf1234 at 2015-02-11 12:46:56
氧化铝是不导电的吧？那怎么还做集流体呢？活性物质的电子能通过这层氧化铝膜传电吗？...

大多数活泼金属（铝，锂，铁等等）表面都有一层原生氧化物膜，厚度在几个纳米以内，电子可轻易透过。一般只有贵金属（金，铂，钯等等）表面才会无氧化层。
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10楼2015-02-11 13:16:24
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