在新能源技術(shù)飛速發(fā)展的今天，鋰離子電池的性能優(yōu)化始終是行業(yè)焦點，如何抑制鋰枝晶生長、提升電極界面穩(wěn)定性，成為突破電池循環(huán)壽命瓶頸的關(guān)鍵。本研究基于光子灣共聚焦顯微鏡（CLSM）表征技術(shù)，揭示了電解銅箔表面狀態(tài)對鋰電池性能的影響機制，為陽極集流體的優(yōu)化設(shè)計指明了方向。

#Photonixbay.01

鋰電銅箔的技術(shù)瓶頸

鋰電銅箔的結(jié)構(gòu)

商用鋰電陽極常用雙面光電解銅箔，但其光滑表面在充放電中存在三大問題：

無孔隙結(jié)構(gòu)無法緩沖活性材料體積膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致電極脫落與界面阻抗升高；

脫落材料可能刺穿隔膜引發(fā)內(nèi)短路；

平整表面致鋰沉積不均，加劇枝晶生長并降低庫倫效率。

已有研究表明，退火等粗糙化工藝通過增比表面積、修復(fù)晶格、促進晶粒生長，形成穩(wěn)定SEI 膜，可抑制枝晶并改善界面性能。

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實驗設(shè)計：銅箔表面狀態(tài)的調(diào)控

Li||Cu紐扣電池的制備過程

1. 材料與制備工藝

原料：五水硫酸銅、硫酸、鹽酸等電解液組分，搭配SP-50、HE-50 等添加劑。

銅箔制備：電沉積法制備6 μm（BCF6）、8 μm（BCF8）含添加劑銅箔；

無添加劑電沉積制備6 μm 銅箔（Unadded），并經(jīng)180℃/24 h 退火處理獲得粗糙化銅箔（Annealed）。

2.性能表征

表面形貌分析：利用激光共聚焦顯微鏡（CLSM）獲取銅箔三維（3D）形貌，精確測量表面粗糙度。結(jié)果顯示，退火處理使銅箔粗糙度從 0.237 μm 提升至 0.533 μm，形成 “毛刺狀” 多孔結(jié)構(gòu)，顯著增加比表面積。

機械性能測試：電子萬能試驗機測定拉伸強度與延伸率，退火銅箔延伸率達9.91%，較未處理樣品提升近 4 倍。

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銅箔退火處理的優(yōu)勢

不同表面狀態(tài)樣品的CLSM 圖像 （A，a） BCF6;（B，b）BCF8;（C，c）未添加;（D，d） 退火。

不同表面狀態(tài)下樣品的橫截面形貌（a） BCF6;（b） BCF8;（c） 未添加;（d） 退火。

1. 微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化

晶粒生長與界面融合：共聚焦顯微鏡CLSM與SEM 觀察表明，退火處理促使銅箔晶粒邊界融合，表面形成細小氧化物顆粒，提升與活性材料的機械咬合能力。

三維孔隙結(jié)構(gòu)：粗糙化表面的“尖錐狀” 形貌為鋰沉積提供更多活性位點，抑制枝晶定向生長。

2. 電化學(xué)性能提升

容量與循環(huán)穩(wěn)定性：退火銅箔組裝的電池初始放電容量達384.22 mAh/g，是 BCF6 的 1.45 倍；在 0.1C-2.5C 倍率測試中，容量保持率顯著優(yōu)于其他樣品。

界面阻抗降低：電化學(xué)阻抗譜（EIS）顯示，退火銅箔的電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct）僅 135.44 Ω，較未處理銅箔降低約 10%，SEI 膜穩(wěn)定性顯著提升。

3. 機械 - 電化學(xué)協(xié)同效應(yīng)

高延伸率（9.91%）使退火銅箔在循環(huán)中不易破裂，配合粗糙表面的 “錨定” 作用，減少活性材料脫落，最終實現(xiàn)容量與安全性的雙重優(yōu)化。

綜上，本研究通過激光共聚焦顯微鏡（CLSM）等表征手段證實，電解銅箔表面狀態(tài)的精準調(diào)控可通過退火等工藝使銅箔表面粗糙化，增加比表面積，改善界面結(jié)合力與機械性能，形成穩(wěn)定SEI 膜，抑制鋰枝晶生長，從而提升鋰電池性能。光子灣科技的CLSM 技術(shù)以納米級分辨率捕捉銅箔三維形貌演變，可為揭示鋰電作用機制研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

#Photonixbay.

光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對多樣化測量場景，能夠快速高效完成亞微米級形貌和表面粗糙度的精準測量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

超寬視野范圍，高精細彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析功能

采用針孔共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計

提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

在半導(dǎo)體、鋰電等高端制造領(lǐng)域，光子灣科技CLSM已實現(xiàn)從銅箔表面工程到SEI 膜動態(tài)演化的全鏈條表征。讓光學(xué)精密測量技術(shù)成為推動新能源材料革新的核心驅(qū)動力，共同解鎖高比能電池的產(chǎn)業(yè)化密碼。未來，光子灣將持續(xù)深耕光學(xué)精密測量領(lǐng)域，為半導(dǎo)體、鋰電等高端制造行業(yè)提供從材料表征到工藝優(yōu)化的全鏈條技術(shù)支持。

感謝您本次的閱讀光子灣將持續(xù)為您奉上更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，與您共同進步。

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