这不是一个关于爱的故事，而是在讨论科学。

与经典电影相似，本文的主人公也姓“里”，但不是里昂，他叫锂枝晶，被称为“电池杀手”。另一位主人公叫PVD复合集流体，表面强大，内心柔软。两者相遇，将会演绎一个美妙的科学故事。

锂枝晶产生的力学因素

锂枝晶是锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂，是影响电池安全性和稳定性的根本问题之一。锂枝晶生长不仅会消耗电解液，影响电池使用寿命，还会刺穿电池隔膜，导致短路，引起电池自燃。具体原理本栏目在《告别电池自燃、里程焦虑？固态电池有何神奇之处》一文中有所交代。

无数科学家和电池工程师都在探究锂枝晶的产生原因，并试图解决这一问题。综合现有研究来看，内外应力差异是锂枝晶产生不可回避原因之一。

谈及于此，需要解释一个新的概念——SEI膜，即固体电解质界面膜。这是锂电池在首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成的一层覆盖于电极材料表面的钝化层。它能够有效地阻止电解液与电极材料的进一步反应，还可导通锂离子阻隔电子，在电池结构中，作用重大。但同时，电池充电过程中，SEI膜的存在对于负极不断沉积聚集的锂而言，更像一层密封塑料膜，它想冲破这层膜回到活泼反应的状态，应力便会不断累积，直至破坏SEI膜，后续的锂金属沉积在冲破处触发，形成晶须，并逐渐发展为树枝状。

如何有效分散锂沉积产生的应力呢？从集流体的材料端入手是一个不错的方案。

相对对于传统的锂电池负极材料电解铜箔而言，PVD复合集流体采用三明治结构，在超薄有机高分子基膜（如：PET、PP、PI等）正反两面，采用PVD真空镀膜的方式制备在1μm左右的导电金属薄膜，形成金属薄膜+有机基膜+金属薄膜的结构，材料更加柔软、延展性优越，因而可以有效分散表面应力，帮助锂离子均匀沉积，从而抑制锂枝晶产生。

“电池杀手”锂枝晶遇到“柔软”的复合集流体，也就变得“温顺”起来了。

更重要的是，当使用了PVD复合集流体的锂离子电池遭遇穿刺测试时，有机高分子基膜在刺穿发生后会收缩使得集流体发生断路，从而有效规避了电池发生热失控现象。

PVD复合集流体的其他优点

安全性之外，PVD复合集流体还有很多其他优点。

在电池中，集流体的主要功能是支撑电池活性物质并将其产生的载流子汇集起来以便形成较大的电流对外输出。电解铜箔是目前锂电池负极集流体的常用材料，压延铝箔则是目前正极集流体常用材料。

但是他们有诸多不足。

比如，材料重量较重，整体占到电池重量的18%左右，其中铜箔约占13%，铝箔约占5%；成本高，金属材料价格较高，尤其是铜箔的价格，占到电池成本的10%左右，以及穿刺后会引起电池短路引起的安全性问题。

而PVD（Physical Vapor Deposition）：物理气相沉积技术，是一种在真空条件下用物理的方法使材料沉积在基底表面的薄膜制备技术。通过PVD生产的“三明治”结构复合集流体，材料的最终厚度能控制在5-12μm之间，不足发丝直径的五分之一。

复合集流体结构

在同等厚度下，复合集流体的金属材料的用量只有原来的1/3-1/5，规模量产后集流体材料成本可大幅下降；同时由于复合集流体中有机材料的使用，大大减轻了集流体的重量，从而可以有效提升电池的比能量密度5%-10%。

技术迭代的最终目的是优化现有产品，让其更能适应市场需要。PVD复合集流体已经开始装备到一些新能源汽车上并取得了良好的市场反馈，相信随着技术的迭代更新和产业化推进，复合集流体将进一步爆发市场潜力，并在更多领域得到应用。