中国粉体网讯随着人类社会的不断发展,化石能源消耗的日益增加,能源危机、环境污染等问题日益严重。因此,改变不合理的能源结构,开发清洁能源得到越来越广泛的关注与研究。近年来,随着风能、太阳能等可再生能源的不断发展,作为影响其发展的关键技术,储能系统也越来越受到人们的关注、/p>
其中,二次电池以其效率高、使用方便等优点成为最具潜力的储能方式。已经商业化的二次电池有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等,锂离子电池因其能量密度高、自放电小、安全无污染等优势已经在新能源汽车、笔记本电脑、通讯和消费性电子产品领域得到大规模应用、/p>
近年来,随着对锂离子电池各项性要求越来越高,人们不断尝试采用各种材料来提高其综合性能。其中,氧化铝材料(一般为高纯氧化铝)由于其耐高温、耐腐蚀和绝缘的特性,被广泛应用于锂电正负极、隔膜、电解液、固态电解质中,并起到很好的效果、/p>
01.在正极材料中的应?/strong>
锂离子电池正极材料研究中,提高材料性能的一个重要途径就是对电极材料的表面进行包覆处理。目的是减少电解液的酸性物质与电极材料的接触,降低电极被氢氟酸腐蚀,减少酸碱副反应,对于提高正极材料结构稳定性大有帮助。目剌span style="color: rgb(0, 176, 240);">Al2O3是研究较多的氧化物包覆材料之一,因其储量丰富、价格便宜,并且能明显提升正极材料的结构稳定性、电化学性能和安全性而被广泛使用、/strong>
图片来源:重庆任丙科技
Al2O3包覆的作用如下:
在锂离子电池正极材料中,Al2O3表面涂覆可以有效地提高正极材料的容量保持率、长循环性以及热稳定性。Al2O3表面涂层对正极材料性能的积极影响可能包括:作为一种氟化氢清除剂,清除电解质溶液中的HF,抑制正极材料中过渡金属的溶解;在正极材料表面形成一层物理保护屏障,抑制正极材料和非水电解质之间发生不必要的副反应;在正极材料表面形成锂化氧化铝,提高锂离子扩散速率,降低电荷转移电阻;减少放热反应,提升正极材料的热稳定性能:span style="text-align: justify; text-indent: 32px;">Al2O3与LiPF6反应生成电解质添加剂LiPO2F2,提升电池的循环性能和寿命;抑制Jahn-Teller效应,提升电极的循环稳定性、/p>
02.在隔膜中的应?/strong>
锂离子电池在大电流长时间连续工作时会散发大量的热量,这要求隔膜熔点高,在较高温度时收缩率较低,以防止由于高温收缩或熔化而引起的正负极间的短路。聚丙烯PP、聚乙烯PE及其衍生物类是锂离子电池隔膜的常规材质,在高温条件下存在使用风险,需要进行性能改进、/p>
图片来源:宣城晶瑝/p>
经研究发现,将隔膜表面单面或者双面进行涂覆可以显著提高高温稳定性,缓解隔膜热收缩造成的电池正负极接触、燃烧、爆炸的安全问题,且隔膜的稳定性和寿命都有显著改善、/p>
高纯氧化铝作为一种无机涂覆材料,具有很高的热稳定性及化学惰性,是电池隔膜陶瓷涂层的很好选择。其优点有:
1)氧化铝涂层具有耐高温性,?80℃可以保持隔膜完整形态;
2)氧化铝涂层可以中和电解液中游离的HF,提升电池的耐酸性和安全性能:/span>
3)纳米氧化铝在锂电池中可形成固溶体,提高倍率性和循环性能:/span>
4)纳米氧化铝粉末具有良好的润湿性,有一定的吸液及保液能力;
5)氧化铝涂层可以增加微孔曲折度,自放电低于普通隔膜、/span>
03.在负极电极中的应?/strong>
氧化铝不仅可以涂覆在隔膜上,还可以在负极表面涂覆。侯敏等、张沿江等研究发?span style="color: rgb(0, 176, 240);">涂覆氧化铝涂层提高了负极界面的稳定性,减少了活性锂的损失,提高锂离子电池的荷电保持能力和循环性能、/strong>在针刺测试过程中,负极表面涂层能够降低正负极短路的严重程度。陶瓷涂层电池在针刺时的峰值温度为123.1℃,电池略微鼓胀,没有发生爆炸;而非陶瓷涂层电池在针刺时的峰值温度为410℃,并伴随冒烟和爆炸。陶瓷涂层对提升锂离子电池的热安全性有重要的现实意义、/p>
氧化铝涂覆的石墨负极(来源:刘国刚等,《锂电池高纯氧化铝的制备及应用研究进展》)
04.在电解液中的应用
锂离子电池的性能很大程度上受电解液性质的影响,不同体系电解液应用于不同功能的锂离子电池中。在电解液中添加一定量的非储能物质,可以提高电解液的导电性能、电池的充放电性能、放电效率、使用寿命以及安全性能。有研究发现+span style="color: rgb(0, 176, 240);">在电解液中添加一定量的氧化铝粉体可以有效提高电解液的电导率,减小电荷传递电阻,提高锂离子电池的电化学性能、/strong>
05.在固态电解质中的应用
随着新能源汽车产业的急速发展,消费终端对动力电池的综合性能要求越来越高。众所周知,传统的锂离子电池的质量能量密度提升已经遇到了瓶颈,而且锂离子电池在高温和滥用条件下的安全问题突出。为了满足高能量密度和安全需求,发展固态电池技术是一条必经之路。与液态电解质不同,固态电解质材料硬度高,具有一定的机械强度,对锂枝晶的生长有重要的抑制作用,锂金属在固态电池中可作为电极,因此可以大幅提升电池的能量密度、/p>
图片来源:恒博新材料
在固体电解质的研究中,石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)固体电解质是一个非常重要的研究方向,其优势在于电解质离子电导率较高(5×10-3S/cm)、电解质膜机械强度较高和化学稳定性较好。组装含?%质量分数Al2O3固体电解质的全电池,循环200次后的容量保持率由未?span style="text-align: justify; text-indent: 32px;">Al2O3?2.3%提升?1.4%。聚合物电解质中的高比表面Al2O3纳米颗粒可以吸收残留杂质和电解质的分解产物,从而提高电极界面稳定性和锂离子迁移可逆性。有研究中发现在LLZO烧结过程中,添加Al2O3作为烧结助剂,与Li2O在晶界处形成Li2O-Al2O3化合物,能够有效填充晶界间的空隙,提高LLZO材料的体积密度,减少高温下的锂损失、/p>
小结
目前,锂离子电池已成为我国的重要产业,尤其随着新能源汽车的蓬勃发展而一路高歌、/p>
根据中国汽车工业协会的统计数据,2023年,我国新能源汽车总体产销量分别为958.7万辆?49.5万辆,比上年同期分别增长35.8%?7.9%,渗透率达到31.6%?024?-6月,我国新能源汽车产销分别完成492.9万辆?94.4万辆,同比分别增?0.1%?2%、/p>
受益于新能源汽车的快速发展,动力电池装车量持续提升。根据中国汽车动力电池产业创新联盟的统计数据?021年?022年?023年分别达?19.69吉瓦时?45.88吉瓦时?78.1吉瓦时,分别较上年增长了163.44%?48.48%?2.54%?024?-6月,我国动力电池累计装车?03.3GWh,累计同比增?3.7%,需求仍保持增长、/p>
高纯氧化铝,这一熔点高、硬度高、催化性能优异、热稳定性好、耐腐蚀性好、光电性能优异的无机材料,在高速发展的锂电领域正大放光彩、/strong>
参考来源:
[1]刘国刚等.锂电池高纯氧化铝的制备及应用研究进展
[2]徐前进等.氧化铝包覆锂离子电池正极材料的研究进屔/p>
[3]刘林?电解液添加纳米氧化铝对锂离子电池性能影响
[4]中国粉体罐/p>
(中国粉体网编辑整理/山川(/p>
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