隨著環保意識的加強，電力在消費領域正逐漸取代化石燃料成為更受追捧的供能來源，比如說電動汽車，在2012年前國內鋰電市場還主要由數碼產品需求驅動，但2013年后新能源動力汽車的鋰電需求就取代平穩增長的數碼產品成為鋰電市場增長的動力源。

電動汽車的迅速普及，不僅加速了鋰離子電池的制造，同時它也刺激了對高純氧化鋁（HPA）的需求。據相關機構估值，2019-2027年期間全球鋰離子電池市場的復合年增長率約為19.2% ，預計到這一預測期結束時，全球鋰離子電池市場的 HPA 值將達到4.53億美元。

由于鋰離子電池本身是一個矛盾的綜合體，在擁有高能量的同時，其穩定性就受到一定的挑戰，為了保障安全性，就需要“氧化鋁”的參與。目前氧化鋁在鋰電池中的參與可分為兩方面：一是陶瓷隔膜，其對鋰離子電池的循環及安全性能的增強已得到充分驗證；二是在負極極片上涂覆陶瓷涂層，這種方法同樣被認為有望在改善鋰離子電池的安全性能上做出重大貢獻。

氧化鋁的重要性

陶瓷隔膜也好，直接在負極涂覆陶瓷涂層也好，之所以使用超細氧化鋁材料進行制備，主要利用的是它的熱穩定性和絕緣性，此外它還具有強度高、耐腐蝕、防火、無毒等優點。

1.陶瓷隔膜

先說陶瓷隔膜，涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁。經過涂覆處理，隔膜耐熱收縮性提高，也避免因收縮造成大面積短路，同時防止電池中的某些熱失控點 擴大形成整體熱失控。而陶瓷隔膜就是將納米級陶瓷顆粒涂覆在隔膜上，其作用主要是提高隔膜耐熱收縮性，防止隔膜收縮造成大面積短路。另外，陶瓷熱傳導率低，防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體熱失控。一般可耐高溫在200℃左右。

隔膜作為電池的“第三極”，是鋰離子電池中的關鍵內層組件之一

鋰離子電池隔膜的缺點主要集中在熔融溫度較低，耐熱性能較差等方面。近年來，隨著隔膜涂覆技術的成熟，通過對干法或濕法工藝生產的隔膜涂覆氧化鋁、勃姆石無機材料后，上述耐高溫涂覆隔膜在充放電過程中發生大面積放熱后仍能保持隔膜的完整性，能夠良好地解決隔膜耐熱性能較差的問題。鋰離子電池隔膜通過無機材料的涂覆，將極大地提升鋰離子電池的安全性能，拓展應用領域，逐步進入涵蓋動力類鋰離子電池的中高端市場。

2.負極陶瓷涂層

目前，在負極極片上涂覆陶瓷以提高鋰離子電池的安全性已經被很多廠家采用。涂層原料一般采用的是納米化的氧化鋁顆粒，可與CMC、SBR等按一定比例配置，用去離子水制成膠液涂覆在負極表面。涂覆有陶瓷粉末的負極片與正常的負極片的對比可看下圖。

使用陶瓷涂層后，鋰離子電池性能得到加強的地方有：

①內阻

由于氧化鋁粉末是不導電的，涂有氧化鋁粉末后，一方面降低了鋰離子電池的自放電情況，另一方面阻礙了負極極片內部電子傳輸，導致鋰電池內阻增大。不過鋰電池內阻越大鋰電池在充放電使用過程中就會發熱量越大，所以在實際生產過程中，為了降低鋰電池內阻，可以降低陶瓷涂層涂覆厚度來實現。

②循環壽命

鋰離子電池負極采用石墨時，首次充放電時會在石墨表面形成SEI，這是一種固態電解質膜，是由于電子和電解液、鋰離子反應形成的。在鋰離子電池充放電過程中，SEI會不斷的被破壞和重建，隨著循環次數的增多SEI的厚度也會不斷增厚，重復消耗電池中的活性鋰離子，導致鋰電池容量逐步降低。同時，SEI厚度的增大可能會影響鋰離子的嵌入，導致在負極表面析出，形成鋰枝晶造成鋰電池短路。

而在負極表面涂上一層陶瓷粉末后，或許能夠有效阻擋負極SEI 膜的增長，從而減小鋰離子在電池循環使用過程中的損失。另外，電解液在電池循環過程中也會不斷分解，而陶瓷涂層具有一定的吸液能力，從而可以提高電解液長期充放電循環時的容量保持率。

③鋰電池自放電

鋰離子自放電性能好壞對電池成組后的一致性有重要影響，電池模組具有典型的水桶效應，如果其中一塊電池失效，那么會影響到整個模組的性能。所以，電池生產完成后需要經過一定天數的擱置，以此來挑選壓降一致性良好的電池。在鋰電池擱置過程中，生產過程中的一些問題會慢慢凸顯出來，例如電極表面缺陷、正負極極片邊緣毛刺、隔膜情況、封裝不良、焊接不良、環境溫濕度等。

試驗發現，負極涂有陶瓷涂層的電池荷電保持能力更強，這是因為在負極表面涂上一層陶瓷，其實等同于使用陶瓷涂層隔膜了，更加穩定了，可以有效減少內短路的出現，減少鋰電池自放電現象。

④安全性

無論是負極表面涂陶瓷還是采用陶瓷隔膜，對鋰離子電池最重要的意義就是提高鋰電池的安全性。在一次次電動車起火燃燒的事故中，燒掉的也是消費者對電動車的信賴，對整個行業的發展是極為不利的，鋰電池企業必須要把安全性放在首位。

負極表面涂有陶瓷粉末的電池安全性更高，在鋰電池安全性強制檢驗項中，擠壓針刺短路挑戰是很大的，擠壓針刺屬于濫用測試。例如在針刺試驗中，針扎入電池內部后，相當于正負極內部導通，瞬間會產生極大的電流，形成大量的熱量，同時會引起電解液分解產熱、正極材料結構分解坍塌放熱，當熱量無法釋放時就會冒煙、起火燃燒甚至爆炸。正如前文所述氧化鋁陶瓷涂層具有較好的熱穩定性，在負極表面涂覆陶瓷涂層能夠延緩針刺過程中熱量的急劇增大，從而延緩電解液的受熱分解，避免短時間內產生大量氣體而使電池爆炸。

總結

目前，電動汽車已在多個國家迅速普及，也為鋰離子電池制造商提供了可觀的利潤和穩定的收入來源。因此這些制造商為了回應汽車制造商對高性能電池在安全性上的需求，必然要對氧化鋁的應用進行更多的摸索與探究。因此完全有理由相信，氧化鋁在電動汽車行業的需求前景仍能得到進一步的鞏固。

資料來源：

鋰電隔膜用高純納米氧化鋁粉簡介，王程民

負極涂覆陶瓷如何影響鋰電池性能？來源：高工鋰電技術與應用

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