中國(guó)粉體網(wǎng)訊 鋰電池有多火已不必多說(shuō),，它在3C電子產(chǎn)品,、混合動(dòng)力/全電動(dòng)汽車(chē),、無(wú)人機(jī)、智能電網(wǎng)等眾多領(lǐng)域正深深影響著人們的生產(chǎn)和生活方式,。同時(shí),，鋰電池生產(chǎn)研發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)也始終在不斷改進(jìn)革新，例如隔膜,。
隔膜是鋰電池的關(guān)鍵材料,，用于分隔正、負(fù)極,，防止電池內(nèi)部短路,，允許電解質(zhì)離子自由通過(guò)，以完成電化學(xué)充放電過(guò)程,。其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu),、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量,、循環(huán)性能以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用,。
鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖
傳統(tǒng)的商業(yè)聚烯烴隔膜具有生產(chǎn)成本低,、孔隙結(jié)構(gòu)均一、機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),，一直占據(jù)著鋰電池隔膜市場(chǎng)的主導(dǎo)地位,。但是,，商業(yè)聚烯烴隔膜也存在許多不可忽視的問(wèn)題：（1）與電解液潤(rùn)濕性差，導(dǎo)致鋰離子在隔膜內(nèi)部的傳輸和擴(kuò)散受阻,，從而影響電池的性能發(fā)揮,；（2）高溫?zé)岱�(wěn)定性差，隔膜受熱時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重收縮,，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路,，從而引發(fā)熱失控等安全事故；（3）應(yīng)用在鋰硫電池中,，由于隔膜孔徑大且結(jié)構(gòu)單一,，無(wú)法抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)。這些問(wèn)題對(duì)鋰電池的安全性影響是十分致命的,。
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經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),，將隔膜表面單面或者雙面進(jìn)行涂覆可以顯著提高高溫穩(wěn)定性，緩解隔膜熱收縮造成的電池正負(fù)極接觸,、燃燒,、爆炸的安全問(wèn)題，且隔膜的穩(wěn)定性和壽命都有顯著改善,。
涂覆膜種類(lèi)及性質(zhì)
其中,，無(wú)機(jī)復(fù)合改性是在原有的聚烯烴隔膜表面上涂覆一層無(wú)機(jī)陶瓷粒子，可以提高隔膜的電解液潤(rùn)濕性,、吸收率和機(jī)械強(qiáng)度等,。此外，無(wú)機(jī)陶瓷材料具有良好的熱穩(wěn)定性,，能防止隔膜在高溫下發(fā)生熱收縮或融化,，提高了電池的安全系數(shù)。2019年以來(lái),，我國(guó)無(wú)機(jī)涂覆隔膜產(chǎn)品占總涂覆隔膜產(chǎn)品的比重在不斷增加,，在2021年我國(guó)無(wú)機(jī)涂覆在涂覆隔膜中的占比便超過(guò)95%。
最早,，隔膜廠商普遍采用無(wú)機(jī)材料是高純氧化鋁,，但慢慢的業(yè)界發(fā)現(xiàn)，由于氧化鋁硬度太高,，過(guò)于“強(qiáng)硬”,，涂覆時(shí)會(huì)對(duì)于涂布輥、分切刀等設(shè)備磨損極大,，而且還存在能耗大,、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。于是人們開(kāi)始尋找一種硬度、密度更低,，但具備相近改善效果的無(wú)機(jī)材料,，并最終定位于類(lèi)似氧化鋁但相對(duì)“軟弱”的勃姆石。
相比于高純氧化鋁,，勃姆石具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）硬度低,，對(duì)機(jī)械設(shè)備的磨損小，降低異物帶入風(fēng)險(xiǎn),；（2）耐熱溫度高,，與有機(jī)溶劑相容性好；（3）比重小,，相同質(zhì)量的勃姆石比氧化鋁能夠多涂覆25%的面積,；（4）涂覆平整度高，內(nèi)阻�,�,；（5）生產(chǎn)能耗低，對(duì)環(huán)境友好,。因此,，勃姆石逐漸取代氧化鋁成為新型的鋰電池隔膜改性商用粉體，根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，2021年勃姆石占無(wú)機(jī)涂覆材料比例已經(jīng)達(dá)到 60%,，預(yù)計(jì)2025年勃姆石占無(wú)機(jī)涂隔膜用量的比例為 75%。
勃姆石的分類(lèi)及應(yīng)用
據(jù)了解,，勃姆石是由德國(guó)化學(xué)家約翰勃姆于1925年首次發(fā)現(xiàn),，1927年德拉帕蘭特證實(shí)了這一推測(cè)，并將相關(guān)礦石正式命名為勃姆石,。勃姆石根據(jù)其結(jié)晶度不同,可大致分為高結(jié)晶度勃姆石和低結(jié)晶度勃姆石兩大類(lèi),，不同類(lèi)別的勃姆石其結(jié)構(gòu)、用途不同,。其中高結(jié)晶度勃姆石又稱(chēng)一水軟鋁石或薄水鋁石,，是應(yīng)用于鋰電池隔膜涂層的主要形式。此外,，勃姆石常有球狀,、中空球狀、納米纖維狀等不同形貌,，形貌的不同也極大的影響著勃姆石在鋰電等領(lǐng)域的應(yīng)用性能,。
為了研究形貌和晶粒尺寸對(duì)薄水鋁石作為填料在鋰電池隔膜填料、固態(tài)電解質(zhì)填料上應(yīng)用性能的影響,，大連理工大學(xué)田朋副教授課題組合成了不同形貌和尺寸的薄水鋁石,，并將其用于鋰電池領(lǐng)域,，以弄清相應(yīng)的構(gòu)效關(guān)系。9月27日,，中國(guó)粉體網(wǎng)將在江蘇·揚(yáng)州舉辦2024全國(guó)高純氧化鋁粉體制備技術(shù)及應(yīng)用交流大會(huì)。屆時(shí),，田朋副教授將蒞臨大會(huì)并作題為《薄水鋁石晶粒和形貌的控制及在鋰電領(lǐng)域應(yīng)用研究》的報(bào)告,。
專(zhuān)家介紹
田朋，大連理工大學(xué)副教授,，化工學(xué)院化學(xué)工藝系教學(xué)主任,，大連市青年科技之星。本,、碩,、博均就讀于大連理工大學(xué)，2013年4月獲得理學(xué)博士學(xué)位,。2013年5月就職于大連理工大學(xué),，2015年11月至2017年11月在美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校從事博士后工作。主要研究方向是精細(xì)氧化鋁生產(chǎn)和應(yīng)用的化工基礎(chǔ),，微納米材料合成與應(yīng)用,。發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文30余篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利20多項(xiàng),，已授權(quán)10余項(xiàng),。主持國(guó)家級(jí)項(xiàng)目1項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng),，企業(yè)合作課題4項(xiàng),；作為骨干參與國(guó)家級(jí)重點(diǎn)科研項(xiàng)目2項(xiàng)。
參考來(lái)源：
[1]楊永鈺.亞微米級(jí)勃姆石的制備及其鋰電池隔膜應(yīng)用性能
[2]韓丹等.勃姆石的研究進(jìn)展
[3]中國(guó)粉體網(wǎng),、粉體大數(shù)據(jù)研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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