看微晶铜箔集流体如何提升锂离子电池性能( 二 ) 近年来

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此外，作者对比了不同微晶处理的铜箔对电池电化学性能的影响。对于原始的Cu-石墨电极， CV曲线波动明显，重复性差，随着循环进行，氧化峰和还原峰之间的电压差距增大， CV曲线的面积降低，这些皆表明原始Cu-石墨电极的可逆性和循环稳定性差。使用了超声冲击处理的铜箔之后， CV曲线重复性得到明显改善，波动范围有限，第2、第3和第4次CV曲线具有更好的重复性。增加超声冲击处理时间， CV曲线的面积逐渐增加，氧化还原峰之间的电压差异降低，表明铜箔微晶结构能有效增加石墨电极的容量和可逆性。

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接下来作者考察了Cu-石墨/Li半电池的初始充放电曲线，电压区间为0.001-1.6V（a-d），倍率为0.2C 。 0s、9s和15s处理的Cu-石墨电极的初始放电容量分别为306.8、327.6和353.5mAh/g ，充电容量分别为285.7、322.0和349.7mAh/g 。与原始Cu-石墨电极对比，超声冲击处理9s和15s的Cu-石墨电极的放电和充电容量明显提升。此外， 0s、9s和15s处理的Cu-石墨电极的库伦效率分别为93.1%、98.3%和98.9% ，超声冲击处理的Cu-石墨电极的库伦效率更高。以上结果表明铜箔表面的微晶结构对初始循环有积极作用。从0.001-1.0V的循环性能（0.2C）可知， 0s、9s和15s处理的Cu-石墨电极的初始放电容量分别为282.3、312.4和359.5mAh/g 。对于原始铜箔（0s），经过270次循环后的放电容量为187.6mAh/g ，容量保持率为66.4% 。然而，超声冲击处理的Cu-石墨电极经过380次循环后的放电容量仍然达到239和332.8mAh/g ，容量保持率分别为76.5%和92.6% 。经过超声冲击处理的Cu-石墨电极具有更高的容量和循环可逆性。经过超声冲击处理，在铜箔表面产生了大量的微晶结构，增加了铜箔和石墨颗粒的接触表面积，产生了更多可供锂离子嵌入的活性位。此外，微晶结构表面不仅能有效降低电极的电化学阻抗，而且能增强铜箔和石墨颗粒的结合强度，改善电极的电导率和机械稳定性。微晶结构能增加铜箔和电解液的接触角，从而减少电解液侵蚀铜箔表面，增加铜箔和电解液的腐蚀阻抗。动电位极化曲线表明， 0s、9s和15s处理的Cu-石墨电极的腐蚀电位（Ecorr）分别为-0.084V、0.164V和0.271V ，增加超声冲击处理时间， Ecorr增加，超声冲击处理能增加铜箔表面的腐蚀阻抗。 Cu-石墨电极具有非常窄的钝化范围和非常低的阳极电流密度， 0s、9s和15s处理的Cu-石墨电极的腐蚀电流密度icorr分别为2.62、2.46和1.93uA/cm2 。在同样单位截面积下，超声冲击处理的铜箔腐蚀电流密度更小，腐蚀速率更慢，抗腐蚀能力更好。经过超声冲击处理，在铜箔表面形成了一层稳定的微晶结构，该层结构产生更大的电解液接触角，相当于形成了稳定的保护膜，能更好地抵抗HF的腐蚀。

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作者还采用XPS考察了不同铜箔在电解液（1MLiPF6/(EC/DEC）)中的电化学腐蚀速率。在电解液腐蚀之后，没有经过表面修饰的铜箔的腐蚀特征峰明显，特别是Cu的价态峰（Cu2p ， Cu3p和Cu3s）和F1s强度明显高于未腐蚀的原始Cu箔。经过15s超声冲击处理的铜箔， Cu的价态峰强度明显降低， F1s峰消失，表明处理后的铜箔能很好抵抗电解液的腐蚀。在531.7eV的O1s峰归属于铜箔表面氧化形成的少量CuO ，在531.0eV的新峰归属于腐蚀产物Cu(OH)2 。经过15s超声冲击处理的Cu箔的表面腐蚀产物对应的XPS峰明显低于原始Cu箔。因此，电化学腐蚀的机理如下：

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为了进一步证明超声冲击处理铜箔电极的优势，作者考察了NCM-811/Cu-石墨全电池的性能。循环伏安测试的电压范围为2.5-4.75V ，扫速为0.1mV/s 。原始Cu-石墨/NCM-811电池显示典型的NCM-811氧化还原峰，随着循环次数增加，氧化还原峰强度和面积降低，容量可逆性差。经过15s超声冲击处理后的铜箔，所对应的Cu-石墨/NCM-811电池CV曲线具有更好的对称性和更大的面积，表明具有更大的电池容量和更好的循环稳定性。此外，基于15s超声冲击处理的Cu-石墨/NCM-811电池具有更小的电化学阻抗，更有利于容量的发挥。