中國粉體網(wǎng)訊 隨著人類社會的不斷發(fā)展,，化石能源消耗的日益增加，能源危機,、環(huán)境污染等問題日益嚴重,。因此，改變不合理的能源結(jié)構(gòu),，開發(fā)清潔能源得到越來越廣泛的關(guān)注與研究,。近年來,，隨著風(fēng)能、太陽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),，儲能系統(tǒng)也越來越受到人們的關(guān)注。
其中,，二次電池以其效率高,、使用方便等優(yōu)點成為最具潛力的儲能方式。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,、安全無污染等優(yōu)勢已經(jīng)在新能源汽車、筆記本電腦,、通訊和消費性電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用,。
近年來，隨著對鋰離子電池各項性要求越來越高,，人們不斷嘗試采用各種材料來提高其綜合性能,。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重要途徑就是對電極材料的表面進行包覆處理。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,，因其儲量豐富、價格便宜,，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,、長循環(huán)性以及熱穩(wěn)定性,。Al2O3表面涂層對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,，抑制正極材料中過渡金屬的溶解,；在正極材料表面形成一層物理保護屏障，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時間連續(xù)工作時會散發(fā)大量的熱量,，這要求隔膜熔點高，在較高溫度時收縮率較低,，以防止由于高溫收縮或熔化而引起的正負極間的短路,。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,，需要進行性能改進。
圖片來源：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極接觸,、燃燒,、爆炸的安全問題，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機涂覆材料,，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,。在針刺測試過程中,，負極表面涂層能夠降低正負極短路的嚴重程度。陶瓷涂層電池在針刺時的峰值溫度為123.1℃,，電池略微鼓脹,，沒有發(fā)生爆炸；而非陶瓷涂層電池在針刺時的峰值溫度為410℃,，并伴隨冒煙和爆炸,。陶瓷涂層對提升鋰離子電池的熱安全性有重要的現(xiàn)實意義。
氧化鋁涂覆的石墨負極（來源：劉國剛等,，《鋰電池高純氧化鋁的制備及應(yīng)用研究進展》）
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,，消費終端對動力電池的綜合性能要求越來越高,。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,，具有一定的機械強度，對鋰枝晶的生長有重要的抑制作用,，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)是一個非常重要的研究方向,，其優(yōu)勢在于電解質(zhì)離子電導(dǎo)率較高(5×10-3S/cm)、電解質(zhì)膜機械強度較高和化學(xué)穩(wěn)定性較好,。組裝含有5%質(zhì)量分數(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)中國汽車工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù),，2023年,，我國新能源汽車總體產(chǎn)銷量分別為958.7萬輛和949.5萬輛，比上年同期分別增長35.8%和37.9%,，滲透率達到31.6%,。2024年1-6月，我國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成492.9萬輛和494.4萬輛,，同比分別增長30.1%和32%,。
受益于新能源汽車的快速發(fā)展，動力電池裝車量持續(xù)提升,。根據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年,、2022年,、2023年分別達到219.69吉瓦時、545.88吉瓦時,、778.1吉瓦時,，分別較上年增長了163.44%、148.48%、42.54%,；2024年1-6月,，我國動力電池累計裝車量203.3GWh，累計同比增長33.7%,，需求仍保持增長,。
高純氧化鋁，這一熔點高,、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)異的無機材料，在高速發(fā)展的鋰電領(lǐng)域正大放光彩,。
參考來源：
[1]劉國剛等.鋰電池高純氧化鋁的制備及應(yīng)用研究進展
[2]徐前進等.氧化鋁包覆鋰離子電池正極材料的研究進展
[3]劉林等.電解液添加納米氧化鋁對鋰離子電池性能影響
[4]中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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