Jika Anda membongkar baterai litium-ion, Anda akan menemukan bahwa elektroda positif menggunakan aluminium foil, sedangkan elektroda negatif menggunakan foil tembaga. Banyak orang yang penasaran saat pertama kali mengetahui detail ini: mengapa perannya tidak bisa dibalik? Mengapa tidak menggunakan kertas tembaga untuk elektroda positif dan aluminium foil untuk elektroda negatif? Jawabannya jelas: itu tidak akan berhasil. Menggantinya akan membuat baterai tidak berfungsi dengan baik dan bahkan dapat menyebabkan masalah keamanan. Untuk memahami hal ini, pertama-tama kita perlu melihat kolektor arus. Apa itu kolektor saat ini? Sederhananya, ini bertindak sebagai "kabel" internal baterai. Karena bahan elektroda positif dan negatif berbentuk bubuk dan tidak dapat dihubungkan langsung ke kabel luar, maka bahan tersebut harus dilapisi pada kertas logam; foil ini mengumpulkan arus dan mentransmisikannya ke sirkuit eksternal. Foil di sisi positif disebut pengumpul arus positif, dan foil di sisi negatif disebut pengumpul arus negatif. Jadi, mengapa secara khusus menggunakan aluminium untuk sisi positifnya dan tembaga untuk sisi negatifnya? Hal ini bermuara pada satu hal penting: potensi pengoperasian elektroda positif dan negatif sangat berbeda. Pengumpul arus harus tetap stabil dalam rentang potensial spesifiknya-tidak boleh menimbulkan korosi atau mengalami reaksi kimia. Mengapa foil tembaga harus digunakan untuk elektroda negatif? Saat elektroda negatif grafit terisi penuh, potensinya turun hingga mendekati 0V (relatif terhadap elektroda litium)-tingkat yang sangat rendah. Aluminium berperilaku buruk pada potensi ini. Penelitian menunjukkan bahwa ketika potensial aluminium turun di bawah 0,284V (relatif terhadap elektroda litium), ion litium "berinterkalasi" ke dalam kisi kristal aluminium, membentuk paduan litium-aluminium. Proses paduan ini menyebabkan pemuaian volume secara besar-besaran-volume aluminium bertambah hampir 97%. Setelah beberapa siklus pengisian{21}}pengosongan, aluminium foil akan hancur dan hancur, sehingga kehilangan fungsinya sebagai pengumpul arus. Selain itu, proses ini menghabiskan litium aktif dalam jumlah besar sehingga menyebabkan kapasitas baterai menurun. Tembaga, sebaliknya, jauh lebih stabil pada potensi rendah. Ia tidak membentuk paduan stabil dengan litium; dalam rentang potensial rendah dari elektroda negatif, elektroda ini tidak mengalami reduksi atau korosi, sehingga menjaga integritas struktural dan konduktivitas yang andal. Sekalipun pelapisan litium terjadi pada elektroda negatif, pengumpul arus tembaga tetap tidak rusak. Oleh karena itu, hanya kertas tembaga yang cocok untuk elektroda negatif; aluminium foil tidak akan berfungsi. Mengapa aluminium foil harus digunakan sebagai elektroda positif? Bahan elektroda positif arus utama beroperasi pada potensial antara 2,5V dan 4,3V (relatif terhadap elektroda litium), yang merupakan rentang potensial oksidasi tinggi. Tembaga tidak tahan terhadap lingkungan ini. Ketahanan oksidasinya terbatas; pada potensial tinggi melebihi 4V, ia teroksidasi menjadi ion tembaga dan larut ke dalam elektrolit. Selain korosi bertahap pada pengumpul arus itu sendiri, ion tembaga terlarut dapat bermigrasi melalui pemisah dan mengendap ke permukaan anoda, menyebabkan korsleting mikro internal. Hal ini menyebabkan penurunan kapasitas yang berkelanjutan dan meningkatnya risiko keselamatan. Aluminium, sebaliknya, tetap stabil pada potensi tinggi. Secara alami membentuk lapisan pasivasi aluminium oksida (Al₂O₃) padat saat terkena udara. Meskipun lapisan ini bersifat isolasi listrik, namun tebalnya hanya nanometer, sehingga elektron dapat melewatinya melalui "efek penerowongan kuantum". Hal ini memastikan konduktivitas tetap tidak terhalang sementara lapisan tersebut bertindak sebagai pelindung, melindungi aluminium di bawahnya dari oksidasi lebih lanjut. Aluminium foil tetap stabil bahkan pada potensial 4.5V atau lebih tinggi. Akibatnya, aluminium foil adalah satu-satunya pilihan yang cocok untuk pengumpul arus katoda; foil tembaga tidak. Di luar kriteria penting stabilitas elektrokimia, beberapa faktor praktis mempengaruhi pilihan antara tembaga dan aluminium foil: Konduktivitas. Baik tembaga maupun aluminium menawarkan konduktivitas yang sangat baik, nomor dua setelah perak dan emas. Mengingat tingginya harga perak dan emas, tembaga dan aluminium merupakan opsi yang paling hemat biaya. Berat. Aluminium memiliki massa jenis 2,7 g/cm³, sedangkan tembaga 8,9 g/cm³. Penggunaan aluminium foil sebagai katoda secara signifikan mengurangi berat baterai, sehingga berkontribusi besar terhadap kepadatan energi yang lebih tinggi. Biaya. Aluminium lebih murah dibandingkan tembaga, sehingga menawarkan penghematan yang signifikan dalam produksi massal. Kemampuan proses. Kedua logam ini memiliki keuletan yang sangat baik, sehingga dapat digulung menjadi-foil ultratipis (6–12 mikrometer) yang memenuhi persyaratan proses produksi massal seperti pelapisan dan kalender. Kompatibilitas adhesi. Lapisan oksida pada aluminium foil berikatan secara efektif dengan bahan aktif dan pengikat katoda, sedangkan foil tembaga menawarkan ikatan yang unggul dengan grafit dan pengikat anoda. Apakah ada pengecualian? Ada satu kasus khusus: anoda lithium titanate (LTO). Potensi operasinya sekitar 1,55V, yang berada di atas ambang batas dimana aluminium mengalami paduan. Secara teoritis, aluminium foil dapat digunakan sebagai pengumpul arus anoda untuk lebih mengurangi biaya dan berat; namun, industri saat ini terutama bergantung pada solusi foil tembaga yang sudah ada untuk produksi massal. Selain itu, teknologi kolektor arus komposit yang sedang berkembang memerlukan perhatian; menampilkan struktur "substrat polimer plus lapisan logam", ia menawarkan sifat ringan dan keamanan yang ditingkatkan, karena lapisan logam retak selama pelarian termal untuk mengganggu arus. Ini mewakili jalur upgrade utama untuk baterai{69}}generasi berikutnya yang memiliki keamanan tinggi. Kembali ke pertanyaan awal: penggunaan aluminium foil untuk katoda dan foil tembaga untuk anoda bukanlah pilihan sembarangan namun merupakan hasil yang tak terelakkan yang ditentukan oleh prinsip elektrokimia. Aluminium melindungi dirinya melalui lapisan pasif di bawah kondisi tegangan tinggi katoda, sementara tembaga menjaga stabilitas melalui kelembaman kimia di bawah kondisi tegangan rendah anoda, yang satu menolak oksidasi, yang lain menolak paduan; masing-masing mempunyai landasannya sendiri, dan tidak ada yang dapat menggantikan yang lain.
