文 献 综 述

1课题背景及研究意义

能源，始终是人类社会发展的主题，随着人们对能源的需求不断增加，如煤、石油、天然气等，能源过度的开采造成一系列严重的环境问题^[1]。二次电池的出现和商品化在一定程度上解决了这一问题，但随着电池市场竞争日益加剧，电池的容量和能量密度不断增大，电池的安全问题日益突出。影响电池安全性的因素有很多，其中较为突出的集流体的腐蚀问题，集流体作为电池中重要的组成部分，其稳定性极大地影响着电池的性能。某些电池的工作环境温度较高，如高温钠硫电池，其工作温度在300~350℃左右，集流体在工作过程中因为高温和硫的作用，更易发生腐蚀。

2集流体简介

集流体是电池的重要组成部分，作为正负极活性材料的载体，负责将外电路电子收集、传输至活性材料内，为电化学反应提供电子通道，加快电荷转移，减少电化学极化，还能够降低电池的内阻，提高电池的库伦效率，循环稳定性和倍率性能。理想的电池集流体应满足以下条件：a)电导率高，尽管集流体是很薄的箔片（厚度：10~20 μm），密度小，却要求有足够高的机械强度，易于加工且廉价易得;b)在电解液中的化学和电化学稳定性好；c）与电极活性物质的兼容性和结合力好，且能与当下电极涂覆工艺和电池组装工艺匹配，实际的箔表面对浆料有着较高的润湿性，在去除溶剂后，粘结剂和集流体之间保持强劲的粘结力；d)具有宏观的尺寸且能够做到独立自支撑。

2.1集流体的分类

集流体按材料分可分为铜集流体、铝集流体、镍集流体、不锈钢集流体、碳集流体和复合集流体^[2]。铜的电导率仅次于银，资源丰富，廉价易得，延展性好，铜在较高电位下易被氧化，常被用作石墨、硅、锡以及钴锡合金等负极活性物质电解质。铝的导电性能低于铜，但输送相同的电量，铝线的质量仅为铜线的一半，能够提高电池的能量密度。金属镍不仅仅具有良好的导电性，价格低廉，而且在酸性或碱性溶液中都较为稳定，因此镍既可以作为正极集流体，也可以作为负极集流体。不锈钢是指含有镍、钼、钛、铌、铜、铁等元素的合金钢，具有良好的导电性和稳定性，可以耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等强腐蚀介质的化学侵蚀。由于不锈钢集流体表面容易形成钝化膜，可以保护其表面不被腐蚀，同时不锈钢可以比铜加工得更薄，具有成本低、工艺简单及大规模生产等优点。碳材料具有资源丰富、易加工、低电阻率、对环境无危害、价格低廉等优势，作为正极或负极集流体时，还可以避免电解液对金属集流体的腐蚀，是近来集流体研究中最受欢迎的一种材料。单一集流体有时在性能上的表现并不能达到需要，往往会出现一些问题，复合集流体因此受到广泛的关注。如导电树脂集流体、覆碳铝箔集流体。

电池的正负极所处的环境不同，对应的集流体材料也不同。一般来说正极集流体有铝、镍和碳材料，负极集流体一般有铜、钛、镍、不锈钢和碳材料。倪江峰^[3]等人用线性扫描伏安法研究了Cu箔和Al箔在0.50～4.50 V(vs.Li/Li )电压区间的极化曲线，研究发现Cu箔在3.75 V时，极化电流开始显著增大，并且呈直线上升，氧化加剧，而Al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，由于在锂离子电池正极电位区间，Al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。Seung-Taek Myunga^[4]等研究了常用的几种集流体在0～5 V之间的电化学反应，研究发现铜在3 V(vs.Li/Li )时开始发生氧化还原反应，有铜离子析出，钛在1.7 V(vs.Li/Li )时会在表面形成一层致密的钝化膜，且随着电压升高，钝化膜不发生分解，结果证实了铝、铬适合用来做正极集流体，而铜、钛则适合用来做负极集流体。

2.2铝集流体的简介

铝是世界上储量最多的金属元素，作为集流体，铝具有很多优异的性能。a)密度低。铝的密度约为2.7 g/cm³，在金属结构材料中是密度高于镁的第二轻的金属，密度只有铜的1/3。b)塑性高。铝及其合金延展性好，可通过挤压、钆制或拉拔等压力加工手段制成各种型、板、箔、管和丝材。c)导电好。铝的导电性和导热性仅次于银、金和铜，设铜的相对导电率100，则铝是64，而铁只有16，按照等质量金属导电能力计算，铝几乎是铜的一倍。d)耐腐蚀。铝是一个负电性很强的金属，与氧具有极高的亲和力，铝在自然环境下，表面会生成氧化膜，具有比钢铁好得多的耐腐蚀性。e)易表面处理。表面处理可以进一步提高或改变铝的表面性能，铝阳极氧化工艺相当成熟，操作简单，其氧化膜硬度高、耐磨且耐腐蚀、绝缘性好。通过化学预处理，铝表面还可进行电镀、电泳、喷涂等，进一步提高铝的保护效果。