中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，化石能源消耗的日益增加,，能源危機(jī)、環(huán)境污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重,。因此,，改變不合理的能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)清潔能源得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注與研究,。近年來(lái),，隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的不斷發(fā)展,，作為影響其發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),，儲(chǔ)能系統(tǒng)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
其中,，二次電池以其效率高,、使用方便等優(yōu)點(diǎn)成為最具潛力的儲(chǔ)能方式。已經(jīng)商業(yè)化的二次電池有鉛酸電池,、鎳氫電池,、鋰離子電池等，鋰離子電池因其能量密度高,、自放電小,、安全無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在新能源汽車、筆記本電腦,、通訊和消費(fèi)性電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用,。
近年來(lái)，隨著對(duì)鋰離子電池各項(xiàng)性要求越來(lái)越高,，人們不斷嘗試采用各種材料來(lái)提高其綜合性能,。其中，氧化鋁材料（一般為高純氧化鋁）由于其耐高溫、耐腐蝕和絕緣的特性,，被廣泛應(yīng)用于鋰電正負(fù)極,、隔膜、電解液,、固態(tài)電解質(zhì)中,，并起到很好的效果。
01.在正極材料中的應(yīng)用
鋰離子電池正極材料研究中,，提高材料性能的一個(gè)重要途徑就是對(duì)電極材料的表面進(jìn)行包覆處理,。目的是減少電解液的酸性物質(zhì)與電極材料的接觸，降低電極被氫氟酸腐蝕,，減少酸堿副反應(yīng),，對(duì)于提高正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大有幫助。目前Al2O3是研究較多的氧化物包覆材料之一,，因其儲(chǔ)量豐富,、價(jià)格便宜，并且能明顯提升正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,、電化學(xué)性能和安全性而被廣泛使用,。
圖片來(lái)源：重慶任丙科技
Al2O3包覆的作用如下：
在鋰離子電池正極材料中，Al2O3表面涂覆可以有效地提高正極材料的容量保持率,、長(zhǎng)循環(huán)性以及熱穩(wěn)定性,。Al2O3表面涂層對(duì)正極材料性能的積極影響可能包括：作為一種氟化氫清除劑，清除電解質(zhì)溶液中的HF,，抑制正極材料中過(guò)渡金屬的溶解,；在正極材料表面形成一層物理保護(hù)屏障，抑制正極材料和非水電解質(zhì)之間發(fā)生不必要的副反應(yīng),；在正極材料表面形成鋰化氧化鋁,，提高鋰離子擴(kuò)散速率，降低電荷轉(zhuǎn)移電阻,；減少放熱反應(yīng),，提升正極材料的熱穩(wěn)定性能；Al2O3與LiPF6反應(yīng)生成電解質(zhì)添加劑LiPO2F2,，提升電池的循環(huán)性能和壽命,；抑制Jahn-Teller效應(yīng)，提升電極的循環(huán)穩(wěn)定性,。
02.在隔膜中的應(yīng)用
鋰離子電池在大電流長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作時(shí)會(huì)散發(fā)大量的熱量,，這要求隔膜熔點(diǎn)高，在較高溫度時(shí)收縮率較低,，以防止由于高溫收縮或熔化而引起的正負(fù)極間的短路,。聚丙烯PP,、聚乙烯PE及其衍生物類是鋰離子電池隔膜的常規(guī)材質(zhì)，在高溫條件下存在使用風(fēng)險(xiǎn),，需要進(jìn)行性能改進(jìn),。
圖片來(lái)源：宣城晶瑞
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,。
高純氧化鋁作為一種無(wú)機(jī)涂覆材料，具有很高的熱穩(wěn)定性及化學(xué)惰性,，是電池隔膜陶瓷涂層的很好選擇,。其優(yōu)點(diǎn)有：
1）氧化鋁涂層具有耐高溫性，在180℃可以保持隔膜完整形態(tài),；
2）氧化鋁涂層可以中和電解液中游離的HF,，提升電池的耐酸性和安全性能；
3）納米氧化鋁在鋰電池中可形成固溶體,，提高倍率性和循環(huán)性能,；
4）納米氧化鋁粉末具有良好的潤(rùn)濕性，有一定的吸液及保液能力,；
5）氧化鋁涂層可以增加微孔曲折度,，自放電低于普通隔膜,。
03.在負(fù)極電極中的應(yīng)用
氧化鋁不僅可以涂覆在隔膜上,，還可以在負(fù)極表面涂覆。侯敏等,、張沿江等研究發(fā)現(xiàn)涂覆氧化鋁涂層提高了負(fù)極界面的穩(wěn)定性,，減少了活性鋰的損失，提高鋰離子電池的荷電保持能力和循環(huán)性能,。在針刺測(cè)試過(guò)程中,，負(fù)極表面涂層能夠降低正負(fù)極短路的嚴(yán)重程度。陶瓷涂層電池在針刺時(shí)的峰值溫度為123.1℃,，電池略微鼓脹,，沒(méi)有發(fā)生爆炸；而非陶瓷涂層電池在針刺時(shí)的峰值溫度為410℃,，并伴隨冒煙和爆炸,。陶瓷涂層對(duì)提升鋰離子電池的熱安全性有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
氧化鋁涂覆的石墨負(fù)極（來(lái)源：劉國(guó)剛等,，《鋰電池高純氧化鋁的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展》）
04.在電解液中的應(yīng)用
鋰離子電池的性能很大程度上受電解液性質(zhì)的影響,，不同體系電解液應(yīng)用于不同功能的鋰離子電池中,。在電解液中添加一定量的非儲(chǔ)能物質(zhì)，可以提高電解液的導(dǎo)電性能,、電池的充放電性能,、放電效率、使用壽命以及安全性能,。有研究發(fā)現(xiàn),，在電解液中添加一定量的氧化鋁粉體可以有效提高電解液的電導(dǎo)率，減小電荷傳遞電阻,，提高鋰離子電池的電化學(xué)性能,。
05.在固態(tài)電解質(zhì)中的應(yīng)用
隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的急速發(fā)展，消費(fèi)終端對(duì)動(dòng)力電池的綜合性能要求越來(lái)越高,。眾所周知,，傳統(tǒng)的鋰離子電池的質(zhì)量能量密度提升已經(jīng)遇到了瓶頸，而且鋰離子電池在高溫和濫用條件下的安全問(wèn)題突出,。為了滿足高能量密度和安全需求,，發(fā)展固態(tài)電池技術(shù)是一條必經(jīng)之路。與液態(tài)電解質(zhì)不同,，固態(tài)電解質(zhì)材料硬度高,，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)鋰枝晶的生長(zhǎng)有重要的抑制作用,，鋰金屬在固態(tài)電池中可作為電極,，因此可以大幅提升電池的能量密度。
圖片來(lái)源：恒博新材料
在固體電解質(zhì)的研究中,，石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)固體電解質(zhì)是一個(gè)非常重要的研究方向,，其優(yōu)勢(shì)在于電解質(zhì)離子電導(dǎo)率較高(5×10-3S/cm)、電解質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度較高和化學(xué)穩(wěn)定性較好,。組裝含有5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)Al2O3固體電解質(zhì)的全電池,，循環(huán)200次后的容量保持率由未含Al2O3的82.3%提升到91.4%。聚合物電解質(zhì)中的高比表面Al2O3納米顆�,？梢晕諝埩綦s質(zhì)和電解質(zhì)的分解產(chǎn)物,，從而提高電極界面穩(wěn)定性和鋰離子遷移可逆性。有研究中發(fā)現(xiàn)在LLZO燒結(jié)過(guò)程中,，添加Al2O3作為燒結(jié)助劑,，與Li2O在晶界處形成Li2O-Al2O3化合物，能夠有效填充晶界間的空隙,，提高LLZO材料的體積密度,，減少高溫下的鋰損失。
小結(jié)
目前,，鋰離子電池已成為我國(guó)的重要產(chǎn)業(yè),，尤其隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展而一路高歌,。
根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),，2023年，我國(guó)新能源汽車總體產(chǎn)銷量分別為958.7萬(wàn)輛和949.5萬(wàn)輛,，比上年同期分別增長(zhǎng)35.8%和37.9%,，滲透率達(dá)到31.6%,。2024年1-6月，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷分別完成492.9萬(wàn)輛和494.4萬(wàn)輛,，同比分別增長(zhǎng)30.1%和32%,。
受益于新能源汽車的快速發(fā)展，動(dòng)力電池裝車量持續(xù)提升,。根據(jù)中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),，2021年、2022年,、2023年分別達(dá)到219.69吉瓦時(shí),、545.88吉瓦時(shí)、778.1吉瓦時(shí),，分別較上年增長(zhǎng)了163.44%,、148.48%,、42.54%,；2024年1-6月,，我國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)裝車量203.3GWh,，累計(jì)同比增長(zhǎng)33.7%,，需求仍保持增長(zhǎng)。
高純氧化鋁,，這一熔點(diǎn)高,、硬度高,、催化性能優(yōu)異,、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕性好,、光電性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)材料，在高速發(fā)展的鋰電領(lǐng)域正大放光彩,。
參考來(lái)源：
[1]劉國(guó)剛等.鋰電池高純氧化鋁的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展
[2]徐前進(jìn)等.氧化鋁包覆鋰離子電池正極材料的研究進(jìn)展
[3]劉林等.電解液添加納米氧化鋁對(duì)鋰離子電池性能影響
[4]中國(guó)粉體網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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