中國粉體網(wǎng)訊 氧化鋁，白色無定形粉末，一種不溶于水的兩性氧化物。高純氧化鋁（純度≥99.995%）具有熔點(diǎn)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)異等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料、耐火防火領(lǐng)域、陶瓷領(lǐng)域和LED領(lǐng)域。
高純氧化鋁（來源：揚(yáng)州中天利）
近年來，隨著人們對鋰離子電池安全性要求越來越高，高純氧化鋁由于其優(yōu)異特性，開始廣泛應(yīng)用于阻燃隔膜、包覆型正極材料和固態(tài)電解質(zhì)材料中，發(fā)揮著重要作用。
高純氧化鋁制備方法
20世紀(jì)80年代由德國研究人員首次制得了高純氧化鋁，隨后各國對其制備工藝展開了深入研究，近年來我國高純氧化鋁制備工藝飛速發(fā)展，逐漸代替了進(jìn)口，同時(shí)也研發(fā)出多種新型制備工藝。
改良拜耳法：在傳統(tǒng)的拜耳法制備氧化鋁的基礎(chǔ)上，將得到的鋁酸鈉先脫硅再除鐵，產(chǎn)物通過水解得到高純度氫氧化鋁，高溫煅燒后對粉體研磨，得到符合客戶要求的各種高純度氧化鋁。
醇鋁水解法：鋁金屬與醇類有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在催化劑的作用下生成有機(jī)醇鹽和氫氣。經(jīng)過蒸餾后，在溶劑中通過水解反應(yīng)制得高純氫氧化鋁。再在高溫環(huán)境下灼燒，得到純度99.9%以上的氧化鋁。有機(jī)醇的純度越高，工藝過程導(dǎo)入的雜質(zhì)越少，都可以降低后段工序的除雜難度。
硫酸鋁銨熱解法：先將硫酸和氫氧化鋁進(jìn)行中和反應(yīng)制備出硫酸鋁溶液，然后在嚴(yán)格控制溶液pH值和反應(yīng)溫度的條件下，加入硫酸銨充分反應(yīng)制得硫酸鋁銨，經(jīng)多次重結(jié)晶精制以除去雜質(zhì)后，制備出硫酸鋁銨晶體，最后將硫酸鋁銨晶體進(jìn)行高溫煅燒即可生成高純氧化鋁產(chǎn)品。
碳酸鋁銨熱解法：將碳酸氫銨與精制硫酸鋁銨按一定比例進(jìn)行合成反應(yīng)，生成堿式碳酸鋁銨，然后將高純堿式碳酸鋁銨高溫煅燒生成高純氧化鋁產(chǎn)品。
高純鋁活化水解法：利用催化劑，對活性鋁粉箔（粉）和水進(jìn)行溶解反應(yīng)形成氫氧化鋁，然后進(jìn)行1450℃高溫煅燒，獲得高純氧化鋁。
氯化鋁氣相合成法：將氯化鋁在催化劑的作用下，氣相合成AlOxCly(OH)z，然后經(jīng)過1400℃燒結(jié)后得到高純氧化鋁。
高純氧化鋁生產(chǎn)工藝對比（來源：昝超等，《直接水解法生產(chǎn)高純氧化鋁工藝研究》）
高純氧化鋁在鋰電池中的應(yīng)用
鋰電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)溶液等組成。
正極材料：利用高純氧化鋁對電極材料的表面進(jìn)行包覆處理，可以減少電極材料與電解液中酸性物質(zhì)的接觸，降低電極材料的酸腐蝕，對于提高正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大有幫助。例如，錳酸鋰材料中添加高純氧化鋁，可以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善電極的容量衰減問題；高鎳材料中添加高純氧化鋁可以降低材料的表面活性，提高材料的熱穩(wěn)定性；鎳錳酸鋰材料中添加高純氧化鋁，可以提升材料的放電倍率性能。
負(fù)極材料：將高純氧化鋁涂層均勻涂覆在石墨負(fù)極表面，可以提高負(fù)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。
氧化鋁涂覆的石墨負(fù)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(jìn)展》）
電池隔膜：目前，鋰電池隔膜基體主要是聚乙烯和聚丙烯，聚烯烴的熔點(diǎn)相對較低，電池在大功率充放電時(shí)會局部放熱，可能出現(xiàn)熱失控，進(jìn)而引發(fā)電池爆炸。采用高純氧化鋁均勻涂覆工藝，制備復(fù)合陶瓷涂層鋰電池隔膜，可以起到調(diào)節(jié)隔膜孔隙的作用，大大提高鋰電池的安全性能，從而為大功率鋰電池高能量密度且安全可靠充放電提供了可能。此外，隔膜的機(jī)械強(qiáng)度也得到明顯提升。
固態(tài)電解質(zhì)：高純氧化鋁添加于聚合物固態(tài)電解質(zhì)，比如聚環(huán)氧乙烷（PEO）固態(tài)電解質(zhì)中，可以提高聚合物的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，降低聚合物結(jié)晶度，提高鏈運(yùn)動能力；添加于氧化物固態(tài)電解質(zhì)，比如石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZO）固體電解質(zhì)中，可以提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率與容量保持率。
參考資料：
1、張瑋琦等，《高純氧化鋁制備技術(shù)進(jìn)展》
2、劉國剛等，《鋰電池高純氧化鋁的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展》
3、昝超等，《直接水解法生產(chǎn)高純氧化鋁工藝研究》
4、麥鍠旺，《鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)摻雜改性及其界面構(gòu)造》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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