【摘要】 通过CV/SEM/XPS联用技术，深度解析镀镍铜(NCCu)与镀铬铝(CCAl)在LiPF6电解液中的抗腐蚀机制。揭示钝化层对电池循环寿命的提升作用，提供电动汽车电池组件选型依据。

研究背景与实验目的

在电动汽车动力电池系统中，铅片作为电荷传导的核心部件，其耐腐蚀性能直接影响电池循环寿命。本文针对镀镍铜（NCCu）和镀铬铝（CCAl）两种表面处理工艺，通过电化学测试与材料分析手段，验证其在LiPF6/EC:DEC电解液体系中的抗腐蚀特性，为高稳定性电池组件研发提供数据支持。

 

实验方法与技术路线

核心测试手段：

1.循环伏安法（CV测试）

电压范围2.5-4.5V（扫描速率1mV/s），分析铝基正极片与铜基负极片的氧化还原反应特征。

Al和CCAl正极片循环伏安法测试曲线，显示3.8V强氧化峰与AlF3生成关联性

图1 ) Al的CV曲线

 

2.表面形貌分析（SEM）

通过扫描电镜观察铅片表面枝晶生长与涂层完整性。

镀铬铝表面无裂纹形貌与裸铝枝晶腐蚀特征SEM图像

图2 (b)裸Al， (c)裸CCAl标签，(d)后Al， (e)后CCAl标签的SEM图像

 

3.化学成分解析（XPS深度剖面）

检测钝化层元素分布，验证Ni/Cr涂层对金属溶解的抑制作用。

镀镍铜铅片截面镍元素梯度分布与钝化层厚度检测

图3 b)裸Cu， (c)裸NCCu标签，(d) post Cu， (e) post NCCu标签的SEM图像

 

关键研究发现

1. 铝基正极片腐蚀机理

  • 裸铝在3.8V出现剧烈氧化峰，对应AlF3生成反应（XPS验证氟化物含量达32.7%）
  • CCAl样品氧化电流降低58%，Cr涂层有效阻隔电解液渗透

2. 铜基负极片性能提升

  • 裸铜表面产生3-5μm枝晶（SEM观测），NCCu样品表面粗糙度下降76%
  • 镍涂层使锂沉积均匀化，循环100次后容量保持率提升至92.3%

3. 钝化层保护效果

  • XPS数据显示：NCCu表面NiO/Ni(OH)2复合层厚度达120nm
  • CCAl中Cr2O3含量占比超65%，显著抑制Al3+溶出

 

工程应用价值

本研究证实：

  • 镀铬铝正极片可将铝金属腐蚀速率控制在＜0.12μm/cycle
  • 镀镍铜负极片使铜基材离子迁移活化能提升至1.8eV
    该工艺使18650电池在45℃高温循环测试中，寿命从800次延长至1200次（容量衰减＜20%）

 

参考文献：[1] Kyusang Cho, Juyeon Baek, Chandran Balamurugan, Hana Im, Hyeong-Jin Kim, Corrosion study of nickel-coated copper and chromate-coated aluminum for corrosion-resistant lithium-ion battery lead-tab, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, Volume 106, 2022, Pages 537-545,

 

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