锂离子电池用铜箔集流体的力学性能分析

朱建宇，冯捷敏，王宇晖，郭战胜,2

（1上海市应用数学和力学研究所，上海 200072；2上海市力学在能源工程的应用重点实验室，上海 200072； 3上海大学力学系，上海 200072）

在过去的十年里，受电子产品、电动工具、汽车和可再生能源发展的驱使，电化学储能以前所未有的速度发展起来。其中，锂离子电池在存储由可再生能源转化而来的电能方面发挥了重要作用。目前的大多数研究集中在锂离子电池的阴极、阳极和电解质材料[1]。然而，为了更好地了解锂离子电池使用过程中的退化机制，包括隔膜和集流体在内的 所有组件都应当在实际情况下进行测试。即使未来开发出了新型的阳极和阴极材料，新一代锂离子电池中的某些组件，如集流体，依然是由相同的材料制成的。在目前的商业锂离子电池中，分别使用铜和铝作为阳极和阴极的集流体[2]。

目前，从力学性能角度研究集流体对锂离子电池性能影响的文献并不多。Sa等[3]研究发现集流体的作用非常重要，其物理和化学性质会影响锂离子电池的性能，不同的集流体可以使锂离子电池的性能表现出显著差异。Cho等[4]研究了铜集流体基底对锂/硅薄膜电池的电化学性能的影响。他们发现，初始容量取决于铜箔的微观结构，循环性能由铜箔表面粗糙度决定。Zhang等[5-7]用数值模拟的方法研究了集流体对锂离子电池充放电过程中扩散诱导应力的影响，提出集流体在满足强度的条件下越薄越好、越软越好。但模拟中使用的集流体力学性能不是箔材，而是宏观块材，而箔材的力学性能和块材的力学性能是不一样的。……