高純超細氧化鋁在鋰離子電池行業中的應用

　　氧化鋁（Al2O3）是一種白色晶狀粉末，是一種無臭、無味、無毒的高硬度、耐高溫化合物，熔點為2054℃，沸點為2980℃。粒度均勻的超細氧化鋁粉體材料，具有多孔性、高分散性、絕緣性、耐熱性等特點。高純氧化鋁按純度分類，主要分為4N（純度99.99%）、4N5（純度99.995%）和5N（純度99.999%）三個級別。5N級別的高純氧化鋁稱為高純超細氧化鋁，通常用于鋰離子電池、催化劑載體、透明陶瓷等領域。下面，我們就來探討高純超細氧化鋁在鋰離子電池行業中的應用。

　　總體上講，高純超細氧化鋁在鋰離子電池行業中主要應用于陶瓷隔膜涂覆、電極活性物質改性兩個方面。

　　一、高純超細氧化鋁在鋰離子電池陶瓷涂覆隔膜中的應用

（陶瓷涂覆隔膜結構圖）

　　陶瓷涂覆隔膜是以PP，PE或者多層復合隔膜為基體，表面涂覆一層2-3um厚度的氧化鋁材料，經過特殊工藝處理，和基體粘接緊密，起到耐高溫、絕緣的作用，從而可以防止動力電池因溫度過高，隔膜熔化而短路，顯著提高鋰離子電池的耐高溫性能和安全性。陶瓷涂覆特種隔膜特別適用于動力電池。

　　隔膜性能決定了電池的內阻和界面結構，進而決定了電池容量、安全性能、充放電密度和循環性能等特性。與基膜相比，陶瓷涂覆隔膜具備如下特殊性能：

　　1、良好的化學穩定性：氧化鋁涂層可中和電解液中游離的HF，提升電池耐酸及耐有機溶劑性能，提高了電池安全性能；

　　2、良好的機械性能：拉伸強度高，穿刺強度高，降低了循環過程中的機械微短路，有效提升循環壽命；

　　3、良好的熱穩定性：氧化鋁涂層具有優異的耐高溫性，在180攝氏度以上還能保持隔膜完整形態熱收縮率低，具有較高的破膜溫度；

　　4、良好的電解液浸潤性：與電解液相容性好，吸液率高，具有良好的吸液及保液能力。

　　5、高倍率性：高純超細氧化鋁在鋰離子電池中可形成固溶體，提高倍率性和循環性能；

　　6、獨特的自關斷特性：保持了聚烯烴隔膜的閉孔特性，避免熱失控引起安全隱患；

　　7、低自放電率：氧化鋁涂層增加微孔曲折度，自放電低于普通隔膜；

　　氧化鋁作為一種無機物，具有優良的熱穩定性、化學惰性及電解液相溶性，是鋰離子電池隔膜陶瓷涂層的理想選擇。適用于隔膜涂覆的氧化鋁主要具有以下性能：

　　1、顆粒大小適中，粒徑均勻。隔膜涂覆用氧化鋁粒徑D50一般在0.5um左右，顆粒均勻，分散性能、懸浮性能好。顆粒大小適中、粒徑均勻的氧化鋁顆粒能很好地粘接到隔膜上，既耐高溫絕緣，又不會堵塞隔膜孔，不影響Li+在正負極間來回運動，從而提高鋰電池的安全性能和使用壽命；

　　2、氧化鋁純度高。隔膜涂覆用氧化鋁不能引入雜質，要求純度不低于99.99%，否則會影響電池內部環境；

　　3、a相氧化鋁晶型結構。α-氧化鋁是所有氧化鋁中最穩定的物相，具有耐熱性強、成型性好、晶相結構穩定、硬度高、幾乎沒有催化活性等特點，采用a相氧化鋁生產陶瓷涂覆隔膜，可以保證陶瓷涂覆隔膜具有良好的化學穩定性、熱穩定性、對電解液的相容性及浸潤性。

　　4、安全環保。全無機成分，純度高，無毒無害，綠色環保，符合國家標準以及國際環保要求。

　　二、高純超細氧化鋁在鋰離子電池活性物質改性中的應用

　　鋰離子電池活性物質的改性包括摻雜、包覆、表面氧化、還原改性幾種方式，高純超細氧化鋁在鋰離子電池活性物質改性中的應用主要表現在包覆和摻雜兩個方面。

　　1、納米氧化鋁中的鋁離子摻雜到鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、磷酸鐵鋰（ LiFePO4）、鈦酸鋰（Li2TiO3）、鎳鈷錳酸鋰（NCM）、鎳鈷鋁酸鋰（NCA）等活性物質中，可以提高電池的電壓，從而提高電池使用的安全性。同時，鋁離子摻雜可以形成固溶體，穩定晶格結構，提高電池的倍率性能和循環性能。

（鎳鈷錳酸鋰包覆氧化鋁后電鏡圖）

　　2、用納米氧化鋁對鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等活性物質等活性物質進行包覆，形成納米厚度的氧化鋁包覆層，可大幅度減小界面阻抗，提供額外的電子傳輸通道，阻止電解液對電極的侵蝕作用，并且能容納粒子在Li+脫嵌過程中的體積變化，防止電極結構的損壞。包覆層還可以抑制氧的生成和LiPF6的分解，避免活性物質與電解液直接接觸，減少電化學比容量損失，從而提高活性物質的電化學比容量，改善其循環性能，延長使用壽命。相反，過厚的包覆層則會導致電化學性能的惡化。實驗表明，當氧化鋁包覆量相對于LiCoO2的摩爾百分含量為1.5％時，包覆Al2O3的LiCoO2充放電性能最好。

　　【參考文獻】

　　[1] 楊勤峰，高虹. 鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的氧化鋁包覆研究.

　　[2] 張澤波，郭鳴鳳，楊瑞敏. Li-LiCoO2蓄電池循環壽命及交流阻抗研究.

　　[3] 新材料在線. 一張圖看懂氧化鋁在鋰離子電池隔膜上的應用.

　　[4] 陳仕玉. 鋰離子電池安全性添加劑.

　　[5] 于賓，焦曉寧. P（VDF-HFP）/Al2O3復合鋰離子電池隔膜的電化學性能.

　　[6] 雷杰，華亮. 動力型鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰包覆技術發展分析.

　　[7] 黎永志，王仙，劉林佩. 高電壓鈷酸鋰的改性及其儲能特性探討.

　　[8] 百度百科. 氧化鋁.

推薦您閱讀粉體行業資訊、了解工業產品技術、熟悉更多超微粉碎產品百科知識，助您選設備不求人。