高纯超细氧化铝在锂离子电池行业中的应用

氧化铝（Al2O3）是一种白色晶状粉末，是一种无臭、无味、无毒的高硬度、耐高温化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃。粒度均匀的超细氧化铝粉体材料，具有多孔性、高分散性、绝缘性、耐热性等特点。高纯氧化铝按纯度分类，主要分为4N（纯度99.99%）、4N5（纯度99.995%）和5N（纯度99.999%）三个级别。5N级别的高纯氧化铝称为高纯超细氧化铝，通常用于锂离子电池、催化剂载体、透明陶瓷等领域。下面，我们就来探讨高纯超细氧化铝在锂离子电池行业中的应用。

总体上讲，高纯超细氧化铝在锂离子电池行业中主要应用于陶瓷隔膜涂覆、电极活性物质改性两个方面。

▲ 陶瓷涂覆隔膜结构图

陶瓷涂覆隔膜是以PP，PE或者多层复合隔膜为基体，表面涂覆一层2-3μm厚度的氧化铝材料，经过特殊工艺处理，和基体粘接紧密，起到耐高温、绝缘的作用，从而可以防止动力电池因温度过高，隔膜熔化而短路，显著提高锂离子电池的耐高温性能和安全性。陶瓷涂覆特种隔膜特别适用于动力电池。

隔膜性能决定了电池的内阻和界面结构，进而决定了电池容量、安全性能、充放电密度和循环性能等特性。与基膜相比，陶瓷涂覆隔膜具备如下特殊性能：

氧化铝涂层可中和电解液中游离的HF，提升电池耐酸及耐有机溶剂性能，提高了电池安全性能。

拉伸强度高，穿刺强度高，降低了循环过程中的机械微短路，有效提升循环寿命。

氧化铝涂层具有优异的耐高温性，在180摄氏度以上还能保持隔膜完整形态热收缩率低，具有较高的破膜温度。

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与电解液相容性好，吸液率高，具有良好的吸液及保液能力。

高纯超细氧化铝在锂离子电池中可形成固溶体，提高倍率性和循环性能。

保持了聚烯烃隔膜的闭孔特性，避免热失控引起安全隐患。

氧化铝涂层增加微孔曲折度，自放电低于普通隔膜。

氧化铝作为一种无机物，具有优良的热稳定性、化学惰性及电解液相溶性，是锂离子电池隔膜陶瓷涂层的理想选择。适用于隔膜涂覆的氧化铝主要具有以下性能：

隔膜涂覆用氧化铝粒径D50一般在0.5μm左右，颗粒均匀，分散性能、悬浮性能好。颗粒大小适中、粒径均匀的氧化铝颗粒能很好地粘接到隔膜上，既耐高温绝缘，又不会堵塞隔膜孔，不影响Li+在正负极间来回运动，从而提高锂电池的安全性能和使用寿命。

隔膜涂覆用氧化铝不能引入杂质，要求纯度不低于99.99%，否则会影响电池内部环境。

α-氧化铝是所有氧化铝中最稳定的物相，具有耐热性强、成型性好、晶相结构稳定、硬度高、几乎没有催化活性等特点，采用a相氧化铝生产陶瓷涂覆隔膜，可以保证陶瓷涂覆隔膜具有良好的化学稳定性、热稳定性、对电解液的相容性及浸润性。

全无机成分，纯度高，无毒无害，绿色环保，符合国家标准以及国际环保要求。

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锂离子电池活性物质的改性包括掺杂、包覆、表面氧化、还原改性几种方式，高纯超细氧化铝在锂离子电池活性物质改性中的应用主要表现在包覆和掺杂两个方面。

1、纳米氧化铝中的铝离子掺杂到钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（ LiFePO4）、钛酸锂（Li2TiO3）、镍钴锰酸锂（NCM）、镍钴铝酸锂（NCA）等活性物质中，可以提高电池的电压，从而提高电池使用的安全性。同时，铝离子掺杂可以形成固溶体，稳定晶格结构，提高电池的倍率性能和循环性能。

▲ 镍钴锰酸锂包覆氧化铝后电镜图

2、用纳米氧化铝对钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等活性物质等活性物质进行包覆，形成纳米厚度的氧化铝包覆层，可大幅度减小界面阻抗，提供额外的电子传输通道，阻止电解液对电极的侵蚀作用，并且能容纳粒子在Li+脱嵌过程中的体积变化，防止电极结构的损坏。包覆层还可以抑制氧的生成和LiPF6的分解，避免活性物质与电解液直接接触，减少电化学比容量损失，从而提高活性物质的电化学比容量，改善其循环性能，延长使用寿命。相反，过厚的包覆层则会导致电化学性能的恶化。实验表明，当氧化铝包覆量相对于LiCoO2的摩尔百分含量为1.5％时，包覆Al2O3的LiCoO2充放电性能最好。

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