锂电池为什么负极要用铜箔而正极要用铝箔 ？它们可以互换吗？
来源：宝鄂实业
2019-05-08 22:21
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为什么负极要用铜箔而正极要用铝箔
1、采用两者做集流体都是因为两者导电性好,质地比较软(可能这也会有利于粘结)，也相对常见比较廉价，同时两者表面都能形成一层氧化物保护膜。
2、铜表面氧化层属于半导体，电子导通，氧化层太厚，阻抗较大；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，铝箔导电性级差，甚至绝缘。一般集流体在使用前最好要经过表面清洗，一方面洗去油污，同时可除去厚氧化层。
3、正极电位高，铝薄氧化层非常致密，可防止集流体氧化。而铜箔氧化层较疏松些，为防止其氧化，电位比较低较好，同时Li难与Cu在低电位下形成嵌锂合金，但是若铜表面大量氧化，在稍高电位下Li会与氧化铜发生嵌锂发应。AL箔不能用作负极,低电位下会发生LiAl合金化。
4、集流体要求成分纯。AL的成分不纯会导致表面膜不致密而发生点腐蚀，更甚由于表面膜的破坏导致生成LiAl合金。
极片重量为 活性物质重量 加 基片(铝或者铜)重量, 正极按理论设计极片重量减去基片(铝密度2.7,铜8.9) 后的重量,得到活性物质重量,活性物质重量乘以140mAh/g(钴酸锂的),得到设计的多少mAh容量,负极容量按正极的1.05-1.1倍计算,方法一样,负极按300-330mAh/g计算
公式：
锂离子电池理论容量＝（厚度－2*壁厚）＊（宽度－2*壁厚）*（长度－2*壁厚）/正负极加隔离膜厚度的估算值参数/100*正极设计的涂布密度参数*容量比
其中：
０．０２４４ 是正极设计的涂布密度，其实都差不多的
０．４５是正负极加隔离膜厚度的估算值参数
１４０容量比。
但是按上计算，063048的理论容量则只有555毫安时（厚按6.3计算），这个容量只能作废品处理了。
（6.3－0.35*2）*（30－0.35*2）*（48－0.35*2）/0.45/100*0.0244*140＝555
一般来说，天然石墨包覆的负极，不可逆容量要大一点。mcmb要好一点，这是实验的结果。还有一个，SEI膜的成膜电位是1.2～0.8V（vs Li/Li+），嵌锂电位是0.25～0v，这个电位中嵌入的锂才是可逆的。如果能让SEI膜在更高的电位下形成，它能阻止溶剂的进一步还原，减少不可逆容量，也就是在首次充电曲线中不可逆容量的极化比较大，容易下降到嵌锂平台，这样形成的可逆容量要高。SEI膜对电池的循环性能有至关重要的作用，没有良好的SEI膜，每次循环都有较大不可逆容量损失，这样的电池通常可以从电解液吸水，或电池内部存在结晶水时可以看出来。
三元材料
三元材料〔LiNixCoyM1-x-yO2，M为锰（Mn）或铝（Al），简称“NCM”或“NCA”〕是目前最有前途的动力锂电正极材料之一。工业和信息化部等部门提出到2015年要把动力电池单体的比能量提高到180Wh/kg，模块比能量达到150Wh/kg以上，这些条件磷酸铁锂和锰酸锂均无法满足，而三元材料可以达到要求。与锰酸锂及磷酸铁锂材料相比，三元材料的性能更为平衡，能量密度也更高，其容量高于锰酸锂、同时电压平台高于磷酸铁锂。更重要的是三元材料有丰富的体系组成，可以根据性能需求对材料体系进行调制及选择。
（1）NCM 材料
镍钴锰三元材料（NCM）随着材料中镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）组成比例的变化，材料的比容量、安全性等诸多性能能够在一定程度上实现可调控。目前在电动汽车上广泛使用的是Ni、Co、Mn比例分别为1∶1∶1或5∶2∶3的（简称NCM111及NCM523材料）体系。
高镍NCM622材料（Ni、Co、Mn比例为6∶2∶2）是目前三元材料研究的热点之一，有望将动力电池的能量密度提升至200Wh/kg。少数国内外领先的正极材料企业重点投入NCM622材料的开发，国内如北京当升材料科技股份有限公司已顺利攻克了NCM622材料安全性能、循环性能、低温性能等多项关键技术，北汽等国内知名车企已开始量产以NCM622材料为电池正极材料的纯电动汽车。
（2）NCA 材料
镍钴铝酸锂三元材料（典型分子式为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2，简称NCA）不仅可逆比容量高，材料成本较低，同时掺铝（Al）后增强了材料的结构稳定性和安全性，进而提高了材料的循环稳定性。NCA材料也是目前研究最热门的三元材料之一。
NCA材料具有优异的性能，如AESC公司为日产（Leaf）、Panasonic公司为美国Tesla、PEVE公司为丰田（Pruisα）等车型提供的动力电池，其正极材料全部或部分为NCA材料。2013年，美国Tesla正是由于动力电池正极材料使用了NCA材料，使汽车续航里程大幅提升，一举成为世界电动汽车领域最耀眼的新星。据报道，Tesla Model S的电池模块总容量高达85kWh，单体电池的能量密度为252Wh /kg，电池模块的能量密度超过150Wh/kg，远高于当前行业80～120Wh/kg的平均水平。
NCA材料的一些性能指标虽然表现优秀，但是材料的制备难度高。这类材料的开发和使用在日韩的先进企业中已经成熟并进入大规模量产阶段。国内生产企业已完成相关技术的初步探索，进行了中试和小批量试产。但由于多种因素的影响，NCA材料未在国内形成批量生产及销售，尚有一些技术问题需要解决。可以预见，随着电动汽车市场的兴起，NCA材料的需求会大幅增加。
（三）动力锂电池正极材料的市场应用情况
1、全球动力锂电池正极材料市场应用情况
目前世界主流电动汽车对动力锂电池正极材料的选择见表3，从全球主流电动汽车的应用情况看，三元材料体系正逐步超越磷酸铁锂和锰酸锂，成为动力锂电池正极材料的主流。
