Der Stromkollektor ist eine der unverzichtbaren Komponenten von Lithium-Ionen-Batterien. Er kann nicht nur das aktive Material transportieren, sondern auch den vom aktiven Elektrodenmaterial erzeugten Strom zusammenführen und ausgeben, was zur Senkung des Innenwiderstands von Lithium-Ionen beiträgt Batterien und Verbesserung der Coulomb-Effizienz, der Zyklenstabilität und der Multiplikatorleistung der Batterie.

 

Stromkollektor für Lithium-Ionen-Batterien

 

Grundsätzlich sollte der ideale Flüssigkeitskollektor für Lithium-Ionen-Batterien die folgenden Bedingungen erfüllen: (1) hohe Leitfähigkeit; (2) gute chemische und elektrochemische Stabilität; (3) hohe mechanische Festigkeit; (4) gute Verträglichkeit und Bindung mit der aktiven Elektrodensubstanz; (5) günstig und leicht zu bekommen; (6) geringes Gewicht.

 

Zu den Materialien, die derzeit als Lithium-Ionen-Batteriekollektoren verwendet werden können, gehören Metallleitermaterialien wie Kupfer, Aluminium, Nickel und Edelstahl, Halbleitermaterialien wie Kohlenstoff und Verbundmaterialien.

 

2.1 Kupferkollektor

Kupfer ist ein ausgezeichneter Metallleiter mit einer elektrischen Leitfähigkeit, die nur von Silber übertroffen wird, und bietet viele Vorteile wie reichlich vorhandene Ressourcen, günstige und einfache Beschaffung sowie gute Duktilität. Da Kupfer jedoch bei höheren Potentialen leicht oxidiert, wird es häufig als Kollektor für negativ aktive Substanzen wie Graphit, Silizium, Zinn und Kobalt-Zinn-Legierungen verwendet. Zu den gängigen Kupferkollektoren gehören Kupferfolien, Kupferschaum und Kupfernetze sowie dreidimensionale Kupfer-Nanoarray-Kollektoren.

 

2.2 Aluminiumkollektor

Obwohl die Leitfähigkeit des Metalls Aluminium geringer ist als die von Kupfer, ist die Masse des Aluminiumdrahts bei gleicher Leistungsabgabe nur halb so groß wie die des Kupferdrahts, und es besteht kein Zweifel daran, dass die Verwendung eines Aluminiumkollektors dazu beiträgt eine Erhöhung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien. Darüber hinaus ist Aluminium im Vergleich zu Kupfer günstiger. Während des Lade-/Entladevorgangs von Lithium-Ionen-Batterien bildet sich auf der Oberfläche des Aluminiumfolienkollektors ein dichter Oxidfilm, der die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumfolie verbessert und häufig als Kollektor für die positive Elektrode verwendet wird Lithium-Ionen-Batterien.

 

2.3 Nickelkollektor

Im Vergleich dazu ist Nickel ein unedles Metall, relativ kostengünstig, hat eine gute elektrische Leitfähigkeit und ist in sauren und alkalischen Lösungen stabiler, sodass Nickel sowohl als positive als auch negative Elektrodenkollektoren verwendet werden kann. Es ist sowohl mit positiven Wirkstoffen wie Lithiumeisenphosphat als auch mit negativen Wirkstoffen wie Nickeloxid, Schwefel sowie Kohlenstoff- und Siliziumkompositen abgestimmt. Es gibt normalerweise zwei Arten von Nickelkollektoren: Nickelschaum und Nickelfolie.

 

2.4 Kollektor aus Edelstahl

Edelstahl ist ein legierter Stahl, der Elemente wie Nickel, Molybdän, Titan, Niob, Kupfer, Eisen usw. enthält. Er weist eine gute elektrische Leitfähigkeit und Stabilität auf und kann dem chemischen Angriff schwacher korrosiver Medien wie Luft, Dampf und Wasser widerstehen und stark korrosive Medien wie Säuren, Laugen, Salz usw. Auf der Oberfläche von Edelstahl kann sich auch leicht ein Passivierungsfilm bilden, um die Oberfläche vor Korrosion zu schützen. Auf Edelstahloberflächen lässt sich auch leicht ein Passivierungsfilm bilden, der die Oberfläche vor Korrosion schützen kann, während Edelstahl dünner als Kupfer verarbeitet werden kann, was die Vorteile niedriger Kosten, eines einfachen Prozesses und einer Massenproduktion bietet. Edelstahl kann als positiver oder negativer Elektrodenkollektor verwendet werden. Der übliche Edelstahlkollektor besteht aus Edelstahlgewebe und es gibt zwei Arten von porösem Edelstahl.

 

2.5 Kohleflüssigkeitssammler

Kohlenstoffmaterial als positiver oder negativer Elektrodenflüssigkeitskollektor kann die Elektrolytkorrosion des Metallkollektors verhindern und bietet die Vorteile reichlich vorhandener Ressourcen, einfacher Verarbeitung, niedrigem spezifischem Widerstand, keiner Schädigung der Umwelt, niedrigem Preis usw.

 

Kohlefasergewebe kann als Flüssigkeitssammler einer flexiblen Lithium-Ionen-Batterie mit seiner eigenen guten Flexibilität, Leitfähigkeit und elektrochemischen Stabilität verwendet werden. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind eine weitere Form von Kohlenstoff-Kollektoren. Im Vergleich zu Metall-Kollektoren liegt der offensichtliche Vorteil darin, dass sie leicht sind und die Energiedichte der Batterie deutlich erhöhen können.

 

2.6 Flüssigkeitssammler aus Verbundwerkstoff

Neben Einzelkollektoren wie Kupferkollektor, Aluminiumkollektor, Nickelkollektor, Edelstahlkollektor und Kohlenstoffkollektor usw. hat in den letzten Jahren auch der Verbundkollektor das Forschungsinteresse von Wissenschaftlern geweckt, z leitfähiges Harz, kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie und Titan-Nickel-Formgedächtnislegierung.

 

Der Kollektor ist einer der unverzichtbaren und wichtigen Teile einer Lithium-Ionen-Batterie, der die vielfältigen Funktionen hat, elektrodenaktives Material zu transportieren und Ausgangsstrom zu sammeln. Durch unterschiedliche Materialien und Produktionsverfahren hergestellte Kollektoren haben unterschiedliche Eigenschaften und haben unterschiedliche Auswirkungen auf Lithium-Ionen-Batterien.

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