锂铜 (Li-Cu) 复合负极与传统的锂金属负极相比，具有卓越的热安全性，这是因为它集成了一个导电的 3D 铜网骨架。这种内部结构通过利用铜的高导热性来散热，并通过毛细作用在失效事件中限制熔融锂，从而大大降低了火灾风险。
核心要点 传统锂金属负极在失效时容易发生热量积聚和泄漏，而锂铜复合材料则利用内部铜骨架主动管理热失控。这种网格既是防止热点的散热器，也是容纳熔融锂的物理海绵，能有效消除二次燃烧的诱因。
热安全性的机理
锂铜复合负极的安全优势并非化学性质，而是结构性质。通过将锂嵌入铜骨架中，负极获得了纯锂金属所不具备的物理特性。
快速散热
在热失控事件中，热量产生通常是局部化的。在传统负极中，热量会积聚在特定点，加速反应。
锂铜复合材料中的内部 3D 铜网从根本上改变了这种动态。铜的导热性远高于锂。
这使得网格能够充当内部散热器。它能快速将局部热量导出反应区域，防止通常会导致爆炸或火灾的热能积聚。
熔融材料的限制
电池故障最危险的方面之一是锂熔化后的行为。熔融锂易于流动，会蔓延火势，并在接触其他电池组件时引起二次燃烧。
锂铜复合材料利用了毛细作用的物理原理。
铜网的结构能有效地吸附熔融锂。锂不会流出电池组，而是被保留在负极结构内，从而显著降低火灾的严重程度和蔓延。
制造精度的作用
制备方法——特别是使用实验室压机或辊压设备——在确保这些安全机制正常工作方面起着至关重要的作用。
增强结构完整性
虽然铜网提供了安全机制，但将锂集成到该网格中必须是完美的。
在这里，使用加热的实验室压机至关重要。加热可以软化锂金属，使其能够流入骨架的微孔和任何应用的固体电解质界面 (SEI) 层。
优化界面结合
这种“热压”技术可以形成牢固的化学结合，并优化界面相互作用能。
虽然该工艺的主要好处是延迟库仑效率的衰减（提高电池寿命），但它也确保了在热事件中铜网有效发挥其安全功能所需的结构完整性。
理解权衡
为了做出明智的决定，您必须权衡安全优势与特定的工程限制。
重量能量密度
铜比锂重得多。引入铜网会降低与纯锂金属箔相比，负极的整体比能量 (Wh/kg)。您正在用一些能量密度换取增强的安全性。
制造复杂性
制造复合材料需要精确的热和机械加工（如热压法）。与简单地轧制锂箔相比，这在生产线上增加了一个步骤，可能会增加生产成本。
为您的目标做出正确的选择
在为下一代电池选择负极材料时，您的优先级决定了设计选择。
- 如果您的主要关注点是热安全性：优先选择锂铜复合材料，因为铜网提供了防止热量积聚和熔融锂泄漏的关键故障保护。
- 如果您的主要关注点是循环寿命：确保锂铜复合材料通过热压制造，因为这可以最大化界面结合并延迟效率衰减。
通过集成导电骨架，锂铜负极将锂从不稳定的燃料源转变为受控的、热管理的组件。
总结表：
| 特性 | 传统锂金属负极 | 锂铜复合负极 |
|---|---|---|
| 导热性 | 低（热量积聚） | 高（3D 铜网散热） |
| 熔融锂行为 | 自由流动（泄漏） | 通过毛细作用限制 |
| 二次火灾风险 | 高 | 显著降低 |
| 机械完整性 | 低（易软化） | 高（结构铜骨架） |
| 制造方法 | 基本轧制 | 精密热压/辊压 |
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参考文献
- Longfei Han, Wei Wang. Integrating Flame‐Retardant Li‐Cu Anode With Self‐Extinguishing Polymer Electrolyte for Coordinated Thermal Runaway Suppression in Solid‐State Li Metal Batteries. DOI: 10.1002/cnl2.70034
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
