鋰電池中的鋁箔究竟有何用？

鋁箔通常被作為正極集流體和軟包封裝鋁塑膜的阻隔層在鋰離子電池中使用，隨著鋰離子電池市場的不斷擴大其也成為了鋁箔的一個新興消費領域。隨著近些年鋰電迅猛發展，鋰電池用集流體發展也很快，目前正極鋁箔已經由前幾年的16μm降低到8μm。

鋁箔在鋰離子電池中的應用

鋁箔—鋰離子電池的正極集流體

集流體的作用主要是為電化學反應提供電子通道，加快電荷轉移，減少電化學極化，提高充放電庫侖效率，而極少參加Li 的嵌脫反應。鋁箔集流體在不同條件下的電化學性能及形態結構變化要優于同等條件下的銅箔，鋁箔作為鋰電池正極的對電極時，無明顯腐蝕，其極化電流在正極的整個極化電位范圍內均呈現較小并且穩定，嵌鋰容量極小，非常適合作為正極集流體。

鋁箔—鋰離子電池軟包封裝材料的阻隔層

軟包裝技術是目前鋰離子電池三種封裝技術之一 ，但由于軟包裝材料與電池的內部材料直接接觸，因此對于軟包裝材料也有著苛刻的使用要求，其中很重要的兩點就是：（1）具有極高的阻隔性，阻隔性不好會降低鋰離子電池的比容量，使電池起鼓，導致循環壽命和電化學性能的降低，嚴重的還會使電池失效。（2）具有良好的冷沖壓成型性。良好的冷沖壓成型性才能保證包裝后的電池芯封口規整嚴密，外觀平整，包裝牢固。

而鋁箔以其極高的阻水和阻氧性被用做各種高阻隔性包裝材料而廣泛使用，無針孔的鋁箔在物理上可以隔絕外界的水和氧氣滲透到電池芯內部，同時鋁箔作為一種金屬材料本身就具有一定的延伸率和抗拉強度可以滿足冷沖壓成型，因此選取適當厚度的軟狀態鋁箔可以完美地滿足以上兩個要求。

鋁箔在鋰離子電池上的其他應用

為減輕電池重量，有些方形鋰離子電池采用鋁殼代替不銹鋼殼；鋰離子電池的極耳一般采用0.1mm厚度的鋁箔。

圖片源自鼎盛新材

集流體鋁箔導電涂層

由于應用限制，鋁箔在作為電池極耳和阻隔層方面除厚度外并沒有較大技術進展，但作為正極集流體，集流體鋁箔在導電層涂覆處理上卻有著諸多進展，通過導電層涂覆，可以使鋁光箔表面粗糙度增加，同時減小浸潤角，提高粘附性，使集流體上活性物質附著更牢固，最終達到降低接觸阻抗與極化電阻，減輕內部極化從而提升電池倍率和循環性能的功效。目前導電涂層材料有表面涂碳、石墨烯涂層、碳納米管涂層、復合涂層等。

涂碳鋁箔

在磷酸鐵鋰電池中，鋁光箔正極集流體與活性材料之間粘結力較差，內阻和極化較大，影響了電池循環壽命，而通過在鋁光箔表面涂覆碳層可以有效改善正極集流體與活性材料之間的接觸，優化磷酸鐵鋰電池性能，提高電池循環壽命。同時涂覆碳層可以在磷酸鐵鋰顆粒與集流體之間形成一層電子導電層，從而提高電子傳輸效率，減少集流體的氧化腐蝕。

涂石墨烯鋁箔

石墨烯作為一種新型導電碳材料，是由碳原子組成的單層蜂窩狀二維片狀晶體，其獨特的二維結構可大幅提升其比表面積及電導率。作為涂層材料，石墨烯涂層相比涂碳層厚度更薄、粘性更強，涂覆后可以有效減少活性材料的膨脹脫離。

碳納米管涂層鋁箔

碳納米管憑借其獨特的納米管狀結構及優異的導電、導熱性能，被認為是一種理想的涂層增強材料，作為一種鋰離子電池導電劑有著巨大應用潛力。同時碳納米管的比表面積很大，使電池中的鋰離子可以吸附在碳納米管外壁，以改善集流體鋁箔與活性物質之間的接觸。碳納米管的涂覆有效降低了傳統集流體鋁箔與活性物質之間的界面電阻，同時改善了活性物質的潤濕性。

復合涂層鋁箔

由兩種或兩種以上不同性質材料作為鋁箔涂層，例如石墨烯-碳納米管復合涂層以及炭黑/石墨烯復合涂層。在集流體鋁箔表面涂覆石墨烯-碳納米管復合涂層可以提升集流體與活性物質之間的界面導電性以及粘附性；炭黑/石墨烯復合涂層涂覆集流體鋁箔，相比純石墨烯涂層，復合涂層中的炭黑能彌補石墨烯較弱的層間電導，能在集流體和活性物質之間形成更好的導電網絡，更好改善電池性能。

根據鑫欏鋰電數據，每 GWh 三元電池需要電池箔 300-450 噸，每 GWh 磷酸鐵鋰電池需要電池鋁箔 400-600 噸；而鈉離子電池中由于正極和負極均使用鋁箔，每GWh 鈉電池需要鋁箔 700-1000 噸，隨著鋰離子電池的廣泛應用以及鈉離子電池的商業化使用，預計到2025年，電池級鋁箔的用量也將達到100萬噸以上。

國內電池級鋁箔生產企業：鼎勝新材、萬順新材、東陽光、南山鋁業、常鋁股份、華北鋁業、廈順鋁箔、永杰新材、昭和電工、明泰鋁業、長沙晟通、宏創控股、龍鼎鋁業、海星股份等。

參考資料：

【1】郭磊,孟慶玉等.鋰離子電池集流體鋁箔表面改性研究現狀

【2】李俊鵬,黨海峰等.鋁集流體表面處理對鋰離子電池性能的影響

【3】王世鑫,楊高潔.鋁箔在鋰離子電池中的應用

【4】光麗新能科技.為什么鋰電池負極用銅箔，正極用鋁箔？

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