當(dāng)今正處于新能源技術(shù)快速發(fā)展的時代潮流中，鋰離子電池行業(yè)迅速發(fā)展，我國是鋰離子電池的主要出口國，擁有像寧德時代、比亞迪、欣旺達(dá)等一批優(yōu)秀企業(yè)，同時我國鋰離子電池近年來出口量不斷增多，行業(yè)處于上升時期，鋰電池的發(fā)展備受關(guān)注。

2016-2020年中國鋰離子電池出口量及金額變化趨勢圖

太陽能可以認(rèn)為是取之不盡用之不竭的清潔能源。當(dāng)前的太陽能工業(yè)主要有兩大支柱產(chǎn)業(yè)：即太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏制造產(chǎn)業(yè)。其中光伏制造產(chǎn)業(yè)是世界上增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，而太陽能光電利用是近年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，也是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。

2014-2019年中國太陽能電池產(chǎn)量變化圖

鋰離子電池以及太陽能電池已經(jīng)出現(xiàn)在我們生活的各個角落中，氧化鋁憑借其高強(qiáng)度、高模量、耐高溫等優(yōu)異性能廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，但是二者之間又有何關(guān)聯(lián)呢，接下來讓我們一起發(fā)現(xiàn)二者的“親密”關(guān)系。

（一）氧化鋁在鋰離子電池中的使用

鋰離子電池目前已在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品，以及電動自行車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其有望在電動汽車、風(fēng)能及太陽能等潔凈能源的短期儲能得到大規(guī)模應(yīng)用，從而得到快速發(fā)展。

惠普鋰離子筆記本電池

在鋰離子電池各部分組成中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)部組件之一。隔膜吸收電解液后，可隔離正、負(fù)極，以防止短路，同時允許鋰離子的傳導(dǎo)。在過度充電或者溫度升高時，隔膜通過閉孔來阻隔電流傳導(dǎo)，防止爆炸。隔膜性能的好壞決定電池的界面結(jié)構(gòu)和內(nèi)阻，進(jìn)而影響電池的容量、循環(huán)性能，充放電電流密度等關(guān)鍵特性。

鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

目前，商業(yè)化的鋰離子電池用隔膜主要是以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)為主的聚烯烴隔膜，包括單層PE、單層PP、三層PP/PE/PP復(fù)合膜。這類聚烯烴薄膜是一種熱塑性材料，在溫度高于玻璃化溫度(130℃或150℃)的條件下具有收縮孔隙和自閉合功能，通過阻斷電池內(nèi)部的電流，來防止電池因過熱發(fā)生熱失控而導(dǎo)致爆炸，聚烯烴類薄膜是一種相對安全的隔膜材料。然而受到沖擊、刺穿、短路等情況，電池內(nèi)部的熱量會迅速積聚，使電池局部溫度快速達(dá)到聚烯烴薄膜的熔斷溫度，造成正負(fù)極直接接觸而引發(fā)電池?zé)崾Э兀罱K導(dǎo)致電池燃燒甚至爆炸。

鋰電池隔膜

一般可以采用對鋰離子電池隔膜進(jìn)行表面改性的方法提升電池的安全性能，該方法主要是通過在電池隔膜上涂覆A1₂O₃陶瓷涂層，來改善固液界面的熱穩(wěn)定性及浸潤性，從而進(jìn)一步提高電池的循環(huán)性能及安全性能。如可以用聚烯烴類薄膜為基底，通過相轉(zhuǎn)化將A1₂O₃與基底復(fù)合形成復(fù)合型陶瓷隔膜。當(dāng)然也可以利用燒結(jié)的方法，直接將陶瓷材料制備成無機(jī)陶瓷隔膜。這兩種方法制備出的隔膜耐熱性能優(yōu)于聚烯烴薄膜，進(jìn)而對電池的安全性能有所提升。

有無陶瓷涂層電池隔膜對比圖

除了對電池隔膜進(jìn)行改變外，還可以在電極材料合成過程中采用納米材料對其進(jìn)行改性，提升其循環(huán)特性和安全性，如有不少研究者在正極材料LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄及LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂表面包覆各種氧化物如Al₂O₃等材料，改善材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低電池循環(huán)過程中的副反應(yīng)及發(fā)熱量，提高正極材料的電化學(xué)特性。如在鋰離子電池充放電過程中，鋰離子在正負(fù)極材料中反復(fù)嵌入與脫嵌，使普遍采用的正極活性材料LiCoO₂的結(jié)構(gòu)在多次收縮和膨脹后發(fā)生改變，同時導(dǎo)致LiCoO₂發(fā)生層間松動而脫落，使內(nèi)阻增大，導(dǎo)致電化學(xué)比容量減小。對此可以采用在LiCoO₂表面包覆一層氧化物A1₂O₃從而避免LiCoO₂與電解液直接接觸，減少電化學(xué)比容量損失，改善其循環(huán)性能。

（二）氧化鋁在晶體硅太陽能電池中的應(yīng)用

當(dāng)今的晶體硅光伏產(chǎn)業(yè)正朝著更薄、更高效的電池片方向發(fā)展，而當(dāng)硅片的的厚度小于少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度時，電池表面的復(fù)合速率對電池效率的影響就會更加明顯。硅材料中存在大量的雜質(zhì)、缺陷密度和表面態(tài)，它們會在禁帶間隙中引入多余的能級，成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，所以通過對晶體硅表面進(jìn)行鈍化降低硅材料表面活性，提高少數(shù)載流予的壽命，對提高電池效率意義重大。

晶體硅太陽能電池

目前高效率的實(shí)驗(yàn)室太陽能電池晶體硅表面的鈍化工藝主要包括熱氧化SiO₂、原子層沉積Al₂O₃，由于硅材料的體壽命對于高溫過程具有敏感性，從而限制了熱氧化SiO₂鈍化工藝的應(yīng)用。原子層沉積Al₂O₃的沉積溫度低，且氧化鋁薄膜具有優(yōu)異的場效應(yīng)鈍化和化學(xué)鈍化特性，同時氧化鋁薄膜及其疊層具有良好的熱穩(wěn)定性，滿足絲網(wǎng)印刷和高溫?zé)Y(jié)的傳統(tǒng)工業(yè)太陽電池工藝的要求。

原子層沉積Al₂O₃薄膜圖（圖來源：蘇州復(fù)納電子科技有限公司）

在晶體硅太陽能電池中Al₂O₃鈍化常用于發(fā)射極及背面局部擴(kuò)散太陽能電池(PERL)和鈍化發(fā)射極及鈍化背面太陽能電池(PERC)兩種結(jié)構(gòu)。隨著研究的深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，氧化鋁鈍化薄膜會取得更大的進(jìn)展，并將在太陽電池工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。

Al₂O₃鈍化應(yīng)用（a）PERL結(jié)構(gòu)；（b）PREC結(jié)構(gòu)

結(jié)論

安全性能是制約鋰離子電池大型化發(fā)展的關(guān)鍵，我們可以采用涂敷氧化鋁陶瓷涂層的方法，提高電池的電化學(xué)性能和安全性能。同樣憑借氧化鋁優(yōu)異的場效應(yīng)鈍化特性和良好的化學(xué)鈍化性質(zhì)，可以通過原子層沉積的方法來改善太陽能電池的表面鈍化質(zhì)量，降低表面的復(fù)合速率，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。總之，氧化鋁是提升鋰離子電池安全性能，提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的絕佳幫手。

參考來源：

（1）太陽能電池的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，都玲玲，沙莎。

（2）鋰離子電池隔膜用超細(xì)氧化鋁研制，孫興波。

（3）氧化鋁陶瓷涂層對鋰離子電池性能影響的研究，彭爭。

（4）負(fù)極氧化鋁涂層對鋰離子電池電性能的影響，侯敏，趙建偉，曹輝，劉嬋，馮衛(wèi)良。

（5）鋰離子電池正極材料鉆酸鋰的氧化鋁包覆研究，楊勤峰，高虹。

（6）原子層沉積氧化鋁在光伏電池中的應(yīng)用技術(shù)研究，仇洪波。

（7）氧化鋁鈍化在晶體硅太陽電池中的應(yīng)用，吳大衛(wèi)，賈銳，武德起，丁武昌，陳偉， 陳

晨，岳會會，劉新宇，陳寶欽。

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