Il collettore di corrente è uno dei componenti indispensabili delle batterie agli ioni di litio, che non solo può trasportare il materiale attivo, ma anche convergere ed emettere la corrente generata dal materiale attivo dell'elettrodo, il che favorisce la riduzione della resistenza interna degli ioni di litio batterie e migliorando l'efficienza Coulombiana della batteria, la stabilità del ciclo e le prestazioni del moltiplicatore.

 

Collettore di corrente della batteria agli ioni di litio

 

In linea di principio, il collettore di fluido ideale per una batteria agli ioni di litio dovrebbe soddisfare le seguenti condizioni: (1) elevata conduttività; (2) buona stabilità chimica ed elettrochimica; (3) elevata resistenza meccanica; (4) buona compatibilità e legame con la sostanza attiva dell'elettrodo; (5) economico e facile da ottenere; (6) leggero.

 

Attualmente, i materiali che possono essere utilizzati come collettori di batterie agli ioni di litio includono materiali conduttori metallici come rame, alluminio, nichel e acciaio inossidabile, materiali semiconduttori come carbonio e materiali compositi.

 

2.1 Collettore in rame

Il rame è un eccellente conduttore metallico con conduttività elettrica seconda solo all'argento e presenta molti vantaggi come risorse abbondanti, economiche e facili da ottenere e una buona duttilità. Tuttavia, considerando che il rame è facile da ossidare a potenziali più elevati, viene spesso utilizzato come collettore di sostanze negativamente attive come grafite, silicio, stagno e leghe cobalto-stagno. I comuni collettori di rame includono fogli di rame, schiuma di rame e rete di rame e collettori nano-array di rame tridimensionali.

 

2.2 Collettore in alluminio

Sebbene la conduttività del metallo alluminio sia inferiore a quella del rame, la massa del filo di alluminio è solo la metà di quella del filo di rame a parità di potenza, e non c’è dubbio che l’uso di un collettore di alluminio contribuisce a un aumento della densità energetica delle batterie agli ioni di litio. Inoltre, rispetto al rame, l’alluminio è più conveniente. Durante il processo di carica/scarica delle batterie agli ioni di litio, sulla superficie del collettore del foglio di alluminio si forma una densa pellicola di ossido, che migliora la resistenza alla corrosione del foglio di alluminio e viene spesso utilizzata come collettore per l'elettrodo positivo in batterie agli ioni di litio.

 

2.3 Collettore di nichel

In termini comparativi, il nichel è un metallo di base, relativamente economico, ha una buona conduttività elettrica ed è più stabile in soluzioni acide e alcaline, quindi il nichel può essere utilizzato come collettore di elettrodi sia positivi che negativi. È abbinato sia a principi attivi positivi come il fosfato di litio ferro che a principi attivi negativi come l'ossido di nichel, lo zolfo e i compositi di carbonio e silicio. La forma del raccoglitore di nichel è solitamente di due tipi: schiuma di nichel e lamina di nichel.

 

2.4 Collettore in acciaio inox

L'acciaio inossidabile è un acciaio legato contenente elementi come nichel, molibdeno, titanio, niobio, rame, ferro, ecc. Ha una buona conduttività elettrica e stabilità e può resistere all'attacco chimico di mezzi corrosivi deboli come aria, vapore, acqua e mezzi fortemente corrosivi come acidi, alcali, sale, ecc. Sulla superficie dell'acciaio inossidabile è anche facile formare una pellicola di passivazione per proteggerla dalla corrosione. La superficie dell'acciaio inossidabile è anche facile da formare una pellicola di passivazione, che può proteggerne la superficie dalla corrosione, mentre l'acciaio inossidabile può essere lavorato più sottile del rame, con i vantaggi del basso costo, del processo semplice e della produzione in serie. L'acciaio inossidabile può essere utilizzato come collettore di elettrodi positivi o negativi, il collettore comune in acciaio inossidabile ha una rete di acciaio inossidabile e due tipi di acciaio inossidabile poroso.

 

2.5 Collettore di fluido al carbonio

Il materiale in carbonio come collettore di fluido per elettrodi positivi o negativi può evitare la corrosione dell'elettrolita del collettore metallico e presenta i vantaggi di risorse abbondanti, facilità di lavorazione, bassa resistività, nessun danno all'ambiente, prezzo basso e così via.

 

Il tessuto in fibra di carbonio può essere utilizzato come collettore di fluido della batteria flessibile agli ioni di litio con la sua buona flessibilità, conduttività e stabilità elettrochimica. I nanotubi di carbonio sono un'altra forma di collettore di carbonio, rispetto ai collettori metallici, il suo ovvio vantaggio è la leggerezza e può aumentare significativamente la densità energetica della batteria.

 

2.6 Collettore di fluido composito

Oltre al collettore singolo come il collettore in rame, il collettore in alluminio, il collettore in nichel, il collettore in acciaio inossidabile e il collettore in carbonio e così via sono stati ampiamente interessati, negli ultimi anni anche il collettore composito ha suscitato l'interesse di ricerca di studiosi, come ad esempio resina conduttiva, foglio di alluminio rivestito in carbonio e lega a memoria di forma di titanio-nichel.

 

Il collettore è una delle parti indispensabili e importanti della batteria agli ioni di litio, che ha le molteplici funzioni di trasportare il materiale attivo dell'elettrodo e raccogliere la corrente di uscita. I collettori preparati con materiali e processi produttivi diversi hanno proprietà diverse e hanno effetti diversi sulle batterie agli ioni di litio.

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