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????這不是一個關(guān)于愛的故事，而是在討論科學。

與經(jīng)典電影相似，本文的主人公也姓“里”，但不是里昂，他叫鋰枝晶，被稱為“電池殺手”。另一位主人公叫PVD復合集流體，表面強大，內(nèi)心柔軟。兩者相遇，將會演繹一個美妙的科學故事。

鋰枝晶產(chǎn)生的力學因素

鋰枝晶是鋰電池在充電過程中鋰離子還原時形成的樹枝狀金屬鋰，是影響電池安全性和穩(wěn)定性的根本問題之一。鋰枝晶生長不僅會消耗電解液，影響電池使用壽命，還會刺穿電池隔膜，導致短路，引起電池自燃。具體原理本欄目在《告別電池自燃、里程焦慮？固態(tài)電池有何神奇之處》一文中有所交代。

無數(shù)科學家和電池工程師都在探究鋰枝晶的產(chǎn)生原因，并試圖解決這一問題。綜合現(xiàn)有研究來看，內(nèi)外應(yīng)力差異是鋰枝晶產(chǎn)生不可回避原因之一。

談及于此，需要解釋一個新的概念——SEI膜，即固體電解質(zhì)界面膜。這是鋰電池在首次充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)，形成的一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。它能夠有效地阻止電解液與電極材料的進一步反應(yīng)，還可導通鋰離子阻隔電子，在電池結(jié)構(gòu)中，作用重大。但同時，電池充電過程中，SEI膜的存在對于負極不斷沉積聚集的鋰而言，更像一層密封塑料膜，它想沖破這層膜回到活潑反應(yīng)的狀態(tài)，應(yīng)力便會不斷累積，直至破壞SEI膜，后續(xù)的鋰金屬沉積在沖破處觸發(fā)，形成晶須，并逐漸發(fā)展為樹枝狀。

如何有效分散鋰沉積產(chǎn)生的應(yīng)力呢？從集流體的材料端入手是一個不錯的方案。

相對對于傳統(tǒng)的鋰電池負極材料電解銅箔而言，PVD復合集流體采用三明治結(jié)構(gòu)，在超薄有機高分子基膜（如：PET、PP、PI等）正反兩面，采用PVD真空鍍膜的方式制備在1μm左右的導電金屬薄膜，形成金屬薄膜+有機基膜+金屬薄膜的結(jié)構(gòu)，材料更加柔軟、延展性優(yōu)越，因而可以有效分散表面應(yīng)力，幫助鋰離子均勻沉積，從而抑制鋰枝晶產(chǎn)生。

“電池殺手”鋰枝晶遇到“柔軟”的復合集流體，也就變得“溫順”起來了。

更重要的是，當使用了PVD復合集流體的鋰離子電池遭遇穿刺測試時，有機高分子基膜在刺穿發(fā)生后會收縮使得集流體發(fā)生斷路，從而有效規(guī)避了電池發(fā)生熱失控現(xiàn)象。

PVD復合集流體的其他優(yōu)點

安全性之外，PVD復合集流體還有很多其他優(yōu)點。

在電池中，集流體的主要功能是支撐電池活性物質(zhì)并將其產(chǎn)生的載流子匯集起來以便形成較大的電流對外輸出。電解銅箔是目前鋰電池負極集流體的常用材料，壓延鋁箔則是目前正極集流體常用材料。

但是他們有諸多不足。

比如，材料重量較重，整體占到電池重量的18%左右，其中銅箔約占13%，鋁箔約占5%；成本高，金屬材料價格較高，尤其是銅箔的價格，占到電池成本的10%左右，以及穿刺后會引起電池短路引起的安全性問題。

而PVD（Physical Vapor Deposition）：物理氣相沉積技術(shù)，是一種在真空條件下用物理的方法使材料沉積在基底表面的薄膜制備技術(shù)。通過PVD生產(chǎn)的“三明治”結(jié)構(gòu)復合集流體，材料的最終厚度能控制在5-12μm之間，不足發(fā)絲直徑的五分之一。

復合集流體結(jié)構(gòu)

在同等厚度下，復合集流體的金屬材料的用量只有原來的1/3-1/5，規(guī)模量產(chǎn)后集流體材料成本可大幅下降；同時由于復合集流體中有機材料的使用，大大減輕了集流體的重量，從而可以有效提升電池的比能量密度5%-10%。

技術(shù)迭代的最終目的是優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品，讓其更能適應(yīng)市場需要。PVD復合集流體已經(jīng)開始裝備到一些新能源汽車上并取得了良好的市場反饋，相信隨著技術(shù)的迭代更新和產(chǎn)業(yè)化推進，復合集流體將進一步爆發(fā)市場潛力，并在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。