中國粉體網(wǎng)訊 從中國市場來看，隨著國內(nèi)新能源電池和整車技術(shù)不斷提升，用戶駕乘體驗(yàn)提升的同時(shí)解決了車主里程焦慮，相關(guān)配套設(shè)施不斷完善，新能源汽車市場逐步實(shí)現(xiàn)從政策驅(qū)動(dòng)向產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)切換，市場發(fā)展前景廣闊。
鋰電池是新能源汽車的核心組成部分，新能源汽車市場飛速發(fā)展帶動(dòng)動(dòng)力鋰電池行業(yè)持續(xù)增長。根據(jù)GGII統(tǒng)計(jì)，2021年全球和中國動(dòng)力鋰電池出貨量分別為375Gwh和226Gwh，根據(jù)GGII預(yù)測，到2025年全球和中國新能源汽車用動(dòng)力電池出貨量將分別達(dá)到1,550GWh和1,070GWh，2021-2025年復(fù)合增長率分別為42.59%和47.51%。
2016-2025年全球動(dòng)力鋰電池出貨量，數(shù)據(jù)來源：GGII
2016-2025年中國動(dòng)力鋰電池出貨量，數(shù)據(jù)來源：GGII
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)。
高純氧化鋁粉，來源：寶宏科技
氧化鋁和電池是如何牽扯到一起呢?
鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)溶液等組成。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%）及以上級(jí)別。5N級(jí)別的高純氧化鋁恰恰是在鋰電池隔膜與正極材料方面起到關(guān)鍵作用。另外，高性能Al2O3還作為一種無機(jī)填料被廣泛應(yīng)用于固態(tài)電池之中。
涂覆隔膜
隔膜是鋰離子電池材料中技術(shù)壁壘最高的部分，其成本占比僅次于正極材料，約為10%~14%，在一些高端電池中隔膜成本占比甚至達(dá)到20%。當(dāng)前市場上涂覆材料種類主要分為無機(jī)涂覆、有機(jī)涂覆、有機(jī)+無機(jī)涂覆三種方式。
無機(jī)物涂覆指的是以氧化鋁、勃姆石為代表的無機(jī)陶瓷粉體，能夠提高隔膜的耐高溫性能。高純氧化鋁作為一種無機(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。
隨著動(dòng)力電池、消費(fèi)電池和儲(chǔ)能電池對(duì)安全性要求的不斷提高，高純氧化鋁等無機(jī)涂覆隔膜的市場應(yīng)用場景持續(xù)豐富，市場前景廣闊。根據(jù)GGII統(tǒng)計(jì)，2021年無機(jī)涂覆膜用量為15.7億平方米，2016-2021年復(fù)合增長率高達(dá)41.17%�？紤]到動(dòng)力電池領(lǐng)域和儲(chǔ)能領(lǐng)域磷酸鐵鋰電池涂覆比例仍有較大提升空間、消費(fèi)電池領(lǐng)域逐步采用新興涂覆技術(shù)，預(yù)計(jì)涂覆隔膜市場仍將維持迅速發(fā)展態(tài)勢。根據(jù)GGII預(yù)測，2025年預(yù)計(jì)無機(jī)涂覆膜用量為39.0億平方米，2021-2025年復(fù)合增長率將高達(dá)25.54%。
2016-2025年中國無機(jī)涂覆膜用量，數(shù)據(jù)來源：GGII
正極添加材料
目前，雖然鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）、三元材料（Li-Ni-Co-Mn-O）是4種已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池正極材料，但是它們在安全性、循環(huán)性能、容量保持等方面存在一定的缺陷。為了提高正極材料的穩(wěn)定性，研究學(xué)者采用不同的改性方法，如摻雜（Mo、Mg）、表面包覆[金屬氧化物(Al2O3、ZnO）、氟化物(AlF3)]以及兩種方式共用（Cr摻雜和Li3PO4包覆、Al摻雜和LiAlO2包覆）等。其中表面包覆對(duì)正極材料的改性被認(rèn)為是最為有效的方法。在眾多包覆材料中，Al2O3因其來源廣和價(jià)格低廉，并且能有效提升正極材料的電化學(xué)性能而被廣泛使用。
Al2O3表面涂層的作用如下：
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(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)溶液的中的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(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。
聚合物固態(tài)電解質(zhì)填料
目前，液態(tài)電池的安全性問題是目前亟待解決的問題。相比而言，固態(tài)電解質(zhì)具有很多液態(tài)電解液不具備的優(yōu)點(diǎn)：固態(tài)電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度高、不易燃、形狀可控、可以抑制鋰枝晶的生長、電化學(xué)窗口寬、自放電小、可以匹配高電壓材料，可提高電池能量密度等。目前研究熱度比較高的固態(tài)電解質(zhì)主要存在聚合物、硫化物、氧化物三種形式，他們各具優(yōu)缺點(diǎn)。
聚合物電解質(zhì)采用高分子材料作為電解質(zhì)的基體材料，機(jī)械強(qiáng)度高，對(duì)鋰電極穩(wěn)定性比較高，但是聚合物在室溫下結(jié)晶度高，不利于聚合物固態(tài)電解質(zhì)中導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致聚合物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率比較低。
針對(duì)聚合物在室溫下結(jié)晶度高的問題，通常采取在純聚合物電解質(zhì)中摻雜無機(jī)填料的方法制備聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，以降低聚合物的結(jié)晶度，進(jìn)而提高聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率。通常采用的無機(jī)填料大致分為兩類，一類為無機(jī)活性填料，如Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)，Li7La3Zr2O12(LLZO)，Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)等快離子導(dǎo)體。另一類填料為惰性填料，如納米Al2O3等，其本身不能傳導(dǎo)鋰離子，但是可以通過降低聚合物基體室溫結(jié)晶性，促進(jìn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，進(jìn)而提高固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。作為無機(jī)惰性填料，Al2O3相比微米級(jí)的LAGP和LLZO等的優(yōu)勢，在于其摻雜制備的聚合物復(fù)合電解質(zhì)內(nèi)能夠形成連續(xù)的相，電解質(zhì)的均勻性以及機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較高。但是需要對(duì)Al2O3表面進(jìn)行處理，接枝一些物質(zhì)以消耗掉Al2O3表面的羥基，降低其團(tuán)聚性，提高其在PEO中的分散性，進(jìn)而提高聚合物復(fù)合電解質(zhì)的各項(xiàng)性能。
參考來源：
[1]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
[2]天馬新材招股說明書
[3]中國粉體網(wǎng)
[4] 晁廣召.硅烷偶聯(lián)劑修飾納米Al2O3對(duì)全固態(tài)電池性能提高的研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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