0  引言

我国动力锂电池产业起步晚，但发展迅速。以磷酸铁锂为正极材料的锂电池具有安全性高、稳定性好和使用寿命长等特点，占有大部分市场份额。电动汽车市场需求的增长给动力锂电池提出了高比容量、高倍率和长使用寿命的要求。正极集流体是影响动力电池性能的重要因素之一。铝箔通常用作锂电池的正极集流体，但存在粘附力不足、润湿性差和接触电阻高等问题，尤其是高倍率充放电时，电池内阻高、放热多，降低了电池寿命。

       涂碳铝箔越来越多地受到动力电池的青睐。涂碳铝箔用作正极集流体可以增加正极材料的浸润性和粘附力，降低极化内阻，提高电池一致性，改善高倍率性能[1]。目前市场上的涂碳铝箔都是使用导电碳浆涂覆在铝箔表面，形成1~3μm的碳涂层。碳系导电涂料是涂碳铝箔技术的核心，为适应市场绿色环保的需求，水性碳系导电涂料成为国内公司和科研机构的研究热点。

       下文将介绍用于涂碳铝箔的水性碳系涂料的研究进展。

1  涂碳铝箔在锂电池中的作用

       涂碳铝箔是在铝箔表面添加碳涂覆层后用于锂离子电池正极集流体的材料。涂层中的碳材料主要包括炭黑、石墨片和石墨烯等。碳材料与一定成膜剂、溶剂和助剂调配成浆料后，涂布在铝箔表面，干燥后形成一层致密的碳涂覆层。

       磷酸铁锂材料电阻率高，颗粒状的磷酸铁锂与铝箔接触面积小，两者界面电阻较高。有电流流动时，材料界面极化高，造成电池内阻较大，高倍率性能不佳。

从表1中看出，在几种正极材料中，LiFePO

4

的扩散系数和导电率都很低。为改善性能，可以采用降低颗粒尺寸、碳包覆[2]和金属掺杂[3]等方法。

用涂碳铝箔替代常规铝箔作为集流体，是一个改善LiFePO

4

电池性能最简单、实用的方法，并且可以在现有的生产线上直接导入。涂碳铝箔的性能主要体现在：集流体表面引入一层碳过渡层后，磷酸铁锂颗粒嵌入到碳颗粒间，具有更大的接触面积。碳层与正极材料中的Super-p、Ks-6等充分接触，形成更紧密的导电和粘结网络，可以解决磷酸铁锂电导率低、与基体粘结性不佳和循环过程容易掉粉等问题，使内阻降低，提高倍率性能[4]。

表1  几种常用锂电正极材料的锂离子扩散系数和导电率

序号

材料

锂离子扩散系数（cm

2

·S

-1

）[5]

导电率（S·cm

-1

）[6]

1

LiCoO

2

5×10

-9

-10

-8 

10

-3  

2

LiNiO

2

2×10

-7

10

-1

3

LiMn

2

O

4

5×10

-9

-10

-11

2×10

-5

-5×10

-5 

4

LiFePO

4

5×10

-15

10

-9 

。4个厂家的涂碳铝箔对电池内阻都有明显改善，降低幅度在50%以上。正极涂层在涂碳铝箔上的剥离强度也有明显提升。使用涂碳铝箔的电池，低倍率时比容量改善不明显，但是高倍率下性能提升显著。

表2  

使用不同涂碳铝箔情况和容量为22.5Ah的20规格平台电池性能比较

厂家

碳材料

碳层厚度（μm）

面密度（g/m

2

）

LiFePO

4

剥离强度（mN/mm）

内阻（mΩ）

铝光箔

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