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锂离子电池铝箔电晕处理提高极片性能

2022-01-17【

锂离子电池已经被广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车和储能电站等领域。除了主要的四大部分,集流体是锂电池重要的组成部分,其占总重量的10%~13%。在锂电池中集流体厚度重量、表面性能都会影响锂电池的性能。

铜在较高电位时易被氧化,适合用作负极集流体;而铝作为负极集流体时腐蚀问题则较为严重,适合用作正极的集流体,锂离子电池常用的集流体,铝集流体、不锈钢集流体、铜集流体、碳集流体、镍集流体以及复合集流体。

铝集流体铝箔在充放电过程中其表面的钝化层可避免电解液的腐蚀,经常作为正极集流体与LiCoO2、锰酸锂、三元材料及LiFePO4等相匹配。

常规的铝箔正极集流体也存在问题铝箔具有一定的刚性,在极片中与正极材料接触的面积有限,影响正极片的内阻;铝箔与粘结剂、活性物质的粘结强度有限,在循环充放电中因电极体积不断变化导致颗粒物质间的结合疏松、易掉粉,使电池容量和循环寿命快速衰减;电解液的氧化分解产物在铝箔表面发生电化学反应,导致和加速铝箔的腐蚀。

铝箔电晕处理改性方法

铝箔材料通常采用电晕处理的工艺,电晕处理是在平板电极对面的针状电极上加有正电压,当电压升高到一定数值时,从针尖伸展出来的发光部分便会触及平板电极,并且分成许多线状的发光部分,它们均处于不停的闪烁状态,这些发光部分就是等离子体,对铝箔表面产生清洗、活化的作用。电晕处理使铝箔表面变粗糙并增加其对极性溶剂的润湿,这些等离子体由电击和渗透作用进入被印体的表面破坏其分子结构,进而将被处理的表面分子氧化和极化,活化表面,以致增加表面的附着能力。

对铝箔进行电晕处理可有效降低电池的界面阻抗。相较普调铝箔,使用涂碳铝箔可以使电池的内阻降低65%左右,且可降低电池在使用过程中内阻的增幅。经电晕处理的铝箔交流内阻降低20%左右,在常使用的20%~90%SOC区间内,直流内阻整体偏小且随放电深度的增加,其增幅逐渐较小。

铝箔电晕处理可以不同程度提高极片的性能,尤其是3D多孔结构、复合改性能够很好的改善活性物质与集流体之间的接触,也能改变电荷传输方式,为高倍率、高寿命的锂电池设计提供很好的方向。




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