高純超細(xì)氧化鋁在鋰離子電池行業(yè)中的應(yīng)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(diǎn)為2054℃，沸點(diǎn)為2980℃。粒度均勻的超細(xì)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(diǎn)。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(gè)級(jí)別。5N級(jí)別的高純氧化鋁稱為高純超細(xì)氧化鋁，通常用于鋰離子電池、催化劑載體、透明陶瓷等領(lǐng)域。下面，我們就來探討高純超細(xì)氧化鋁在鋰離子電池行業(yè)中的應(yīng)用。

　　總體上講，高純超細(xì)氧化鋁在鋰離子電池行業(yè)中主要應(yīng)用于陶瓷隔膜涂覆、電極活性物質(zhì)改性兩個(gè)方面。

　　一、高純超細(xì)氧化鋁在鋰離子電池陶瓷涂覆隔膜中的應(yīng)用

（陶瓷涂覆隔膜結(jié)構(gòu)圖）

　　陶瓷涂覆隔膜是以PP，PE或者多層復(fù)合隔膜為基體，表面涂覆一層2-3um厚度的氧化鋁材料，經(jīng)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(dòng)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(dòng)力電池。

　　隔膜性能決定了電池的內(nèi)阻和界面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而決定了電池容量、安全性能、充放電密度和循環(huán)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(xué)穩(wěn)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(jī)溶劑性能，提高了電池安全性能；

　　2、良好的機(jī)械性能：拉伸強(qiáng)度高，穿刺強(qiáng)度高，降低了循環(huán)過程中的機(jī)械微短路，有效提升循環(huán)壽命；

　　3、良好的熱穩(wěn)定性：氧化鋁涂層具有優(yōu)異的耐高溫性，在180攝氏度以上還能保持隔膜完整形態(tài)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(xì)氧化鋁在鋰離子電池中可形成固溶體，提高倍率性和循環(huán)性能；

　　6、獨(dú)特的自關(guān)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(jī)物，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學(xué)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(huì)堵塞隔膜孔，不影響Li+在正負(fù)極間來回運(yùn)動(dòng)，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(zhì)，要求純度不低于99.99%，否則會(huì)影響電池內(nèi)部環(huán)境；

　　3、a相氧化鋁晶型結(jié)構(gòu)。α-氧化鋁是所有氧化鋁中最穩(wěn)定的物相，具有耐熱性強(qiáng)、成型性好、晶相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、硬度高、幾乎沒有催化活性等特點(diǎn)，采用a相氧化鋁生產(chǎn)陶瓷涂覆隔膜，可以保證陶瓷涂覆隔膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、對(duì)電解液的相容性及浸潤性。

　　4、安全環(huán)保。全無機(jī)成分，純度高，無毒無害，綠色環(huán)保，符合國家標(biāo)準(zhǔn)以及國際環(huán)保要求。

　　二、高純超細(xì)氧化鋁在鋰離子電池活性物質(zhì)改性中的應(yīng)用

　　鋰離子電池活性物質(zhì)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(xì)氧化鋁在鋰離子電池活性物質(zhì)改性中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在包覆和摻雜兩個(gè)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(zhì)中，可以提高電池的電壓，從而提高電池使用的安全性。同時(shí)，鋁離子摻雜可以形成固溶體，穩(wěn)定晶格結(jié)構(gòu)，提高電池的倍率性能和循環(huán)性能。

（鎳鈷錳酸鋰包覆氧化鋁后電鏡圖）

　　2、用納米氧化鋁對(duì)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(zhì)等活性物質(zhì)進(jìn)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(duì)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(jié)構(gòu)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(zhì)與電解液直接接觸，減少電化學(xué)比容量損失，從而提高活性物質(zhì)的電化學(xué)比容量，改善其循環(huán)性能，延長使用壽命。相反，過厚的包覆層則會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)性能的惡化。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)氧化鋁包覆量相對(duì)于LiCoO2的摩爾百分含量為1.5％時(shí)，包覆Al2O3的LiCoO2充放電性能最好。

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