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锂离子电池作为一种清洁、高效的二次电池,已被广泛地用于手机电池和其他可携带电子器件中。活性材料在电池中的稳定性对保持锂离子电池的高功率和高能量密度起着至关重要的作用。此外,集流体也是锂离子电池中的一个重要组成部分,它能承载活性物质、收集电流、减少内部阻力并提高循环的稳定性。但是集流体在锂离子电池电解液中常遭受严重的腐蚀破坏和疲劳破坏,导致电极材料与集流体分离。开孔泡沫铜作为一种新型负极集流体,在锂离子电池中有广泛的应用前景,可有效缓解负极材料与集流体分离的问题,延长电池的循环寿命。本文研究了集流体在锂离子电池电解液中的腐蚀行为和开孔泡沫铜在空气中及电解液环境中的疲劳行为,对新型泡沫铜集流体在锂离子电池中的应用有指导性意义。取得的研究成果如下:(1)采用电化学分析测试方法对比研究了电解液中铜箔与泡沫铜的腐蚀行为及机理,结果发现,铜箔在锂离子电池电解液中的腐蚀方式主要是点状腐蚀,但开孔泡沫铜更倾向于均匀腐蚀。整个腐蚀过程都伴随着铜氧化物的形成和分解,电解液中六氟磷酸锂分解产生氢氟酸是造成材料腐蚀的主要原因。随着泡沫铜孔密度的增加,离子在材料中扩散的难度也随之增加,腐蚀产物更容易沉积在孔棱表面。40PPI开孔泡沫铜在浸泡初期的腐蚀行为受到了扩散的影响,腐蚀产物和电解液分解的产物在孔棱间凝结成块导致腐蚀区域逐渐减小,扩散效应也随之消失。(2)低应力幅值下,随着孔径的增大,开孔泡沫铜的疲劳寿命也增加。疲劳变形主要集中在材料的中心区域,在循环加载初期变形区域会与加载方向垂直或者呈现出一定的倾斜角,但最后会合并成一个较大的水平变形区域。孔径越大的泡沫铜孔棱越厚,在低应力水平下的抗压能力更强。孔棱连接处产生的裂纹对材料的疲劳寿命影响最大。(3)电解液环境可以加速开孔泡沫铜材料的疲劳失效。低应力幅值下,材料在电解液中展现了与空气中不同的疲劳变形规律。在电化学-力学交互作用下,材料在疲劳过程中会发生脆性断裂。腐蚀疲劳失效后的样品既展现了孔棱表皮脱落、孔棱节点开裂等疲劳破坏现象,也展现了均匀腐蚀的特点。孔径越大的开孔泡沫铜在疲劳初期变形速率越小,在疲劳失效阶段变形速率越大。