高抗拉高延伸銅箔的具體應(yīng)用優(yōu)勢

隨著新能源行業(yè)的高速發(fā)展，鋰離子電池的能量密度要求日益提高。鋰電池負極集流體未來會向輕薄化、高抗拉、高延伸方向發(fā)展。

在鋰電銅箔領(lǐng)域，銅箔厚度、抗拉強度、延伸率、粗糙度、彈性模量以及表面潤濕性等指標是產(chǎn)品的核心技術(shù)。

技術(shù)指標

一般來說，行業(yè)內(nèi)根據(jù)鋰電銅箔的抗拉強度將銅箔細分為普抗（300—400MPa）、中抗（400—500MPa）、高抗（500—600MPa）和超高抗（＞600MPa）銅箔。

鋰電銅箔的延伸性能則需要結(jié)合銅箔實際厚度進行分析。如6微米鋰電銅箔常規(guī)延伸（＞4%）、高延（＞6%）；8微米常規(guī)延伸（＞5%），高延（＞8%）。

值得一提的是，市面上的高延伸6微米鋰電銅箔廠家報告延伸率可以達到10—20%，而在下游廠家測試其延伸率“大大縮水”，是由于雙方切刀有差異。本文提及的延伸率以下游鋰電池廠標準為主。

由于目前高延伸、高抗拉鋰電銅箔在行業(yè)內(nèi)暫無統(tǒng)一標準，高抗拉、高延伸鋰電銅箔標準基本根據(jù)下游需求來制訂。

高抗拉機理介紹

一般來說，銅箔的抗拉強度同時受厚度和晶粒尺寸的影響，在厚度不變時，抗拉強度隨著晶粒尺寸的減小而增大；在晶粒尺寸相當時，抗拉強度與厚度成正比；抗拉強度在不同的厚度晶粒尺寸比區(qū)間規(guī)律不同，厚度晶粒尺寸比較小時（＜4），抗拉強度和厚度成正比，而厚度晶粒尺寸比較大時（＞15），抗拉強度與厚度成反比關(guān)系。

在厚度不變時，抗拉強度隨著晶粒尺寸的減小而增大，可以用細晶強化機理解釋：對于一般多晶體材料而言，晶界的自由能很高（相對于晶粒內(nèi)部），可視為阻礙位錯運動的勢壘。在外力的作用下，為了在相鄰晶粒內(nèi)產(chǎn)生切變變形，晶界處必須產(chǎn)生足夠大的切變應(yīng)力。

抗拉強度與滑移從塑性變形的晶粒轉(zhuǎn)移到相鄰晶粒密切相關(guān)，而這種轉(zhuǎn)移能否發(fā)生，主要取決于在已滑移晶粒晶界附近的位錯塞積群所產(chǎn)生的應(yīng)力集中能否激發(fā)相鄰晶粒滑移系中的位錯源，使其開動起來，進行協(xié)調(diào)性的多滑移。而細化晶?？梢援a(chǎn)生更多的晶界，如果晶界的結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，則需施加更大的外力才能產(chǎn)生位錯塞積，從而使材料強化。

因此，晶粒尺寸影響下的抗拉強度與位錯塞積程度成正比。

在微觀層面搭建高力學性能

大量研究分析發(fā)現(xiàn)，可以在生箔制造過程中，加入一系列添加劑優(yōu)化銅箔的晶粒尺寸、形態(tài)、取向以及內(nèi)應(yīng)力等微觀結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)銅箔的高力學性能可控生產(chǎn)。通過細化晶粒、選擇合適的晶面織構(gòu)以及提高溶液潔凈度等措施，可以顯著提升高抗拉銅箔的抗拉強度和延伸率。

例如，具有（220）晶面織構(gòu)的晶粒有利于提高抗拉強度，（200）晶面織構(gòu)則有助于提高延伸率。同時，保持高溶液潔凈度和采用等軸晶及納米孿晶組織也可以進一步提升銅箔的力學性能。

應(yīng)用優(yōu)勢

在介紹了高抗拉和高延伸鋰電銅箔的理論知識后，我們再來探討一下高抗拉高延伸銅箔的具體應(yīng)用優(yōu)勢。

高抗拉高延伸銅箔的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 可以提高下游電池廠的涂布碾壓效率，避免斷帶，從而提高生產(chǎn)效率；

2. 通過增加負極活性物質(zhì)負載量，從而提高電池的能量密度；

3. 能夠增強極片的壓實密度并降低電極片的厚度，從而提高鋰離子電池的能量密度；

4. 可以在電化學循環(huán)過程中，更好地抑制因為活性材料膨脹收縮導致的部分變形，從而提高電池的耐久性。

審核編輯：黃飛

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