鋰電池隔膜是鋰電池最重要的組件之一，主要功能是隔離正負(fù)電極，防止短路，同時(shí)讓電解液中的離子通過(guò)。聚乙烯（PP）、聚丙烯（PE）是鋰電池隔膜主要原材料，其對(duì)溫度要求較高，為提高隔膜的熱穩(wěn)定性，涂覆技術(shù)逐漸被應(yīng)用到電池生產(chǎn)中，而氧化鋁及勃姆石憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)成為主要涂覆材料。

鋰電池隔膜

現(xiàn)階段，氧化鋁在隔膜上應(yīng)用更為廣泛，但相比于氧化鋁，未來(lái)勃姆石在鋰電池領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Ω蟆２肥鳛殇囯姵馗裟ぬ沾赏繉泳哂腥缦聝?yōu)勢(shì)：

（1）硬度低，在切割和涂覆過(guò)程中，對(duì)機(jī)械的磨損小，能夠降低設(shè)備磨損和異物帶入的風(fēng)險(xiǎn)；

（2）耐熱溫度高，與有機(jī)物相容性好；

（3）密度小，相同質(zhì)量的AlOOH比高純Al₂O₃多涂覆25%的面積；

（4）涂覆平整度高、內(nèi)阻小；

（5）能耗低，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境更加友好；

（6）制備過(guò)程更為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。

勃姆石與氧化鋁材料對(duì)比

勃姆石的制備

勃姆石又稱軟水鋁石，分子式是γ-AlOOH（水合氧化鋁），顆粒形貌為均勻的立方體。作為一種重要的化工原料，勃姆石具有優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性、耐熱性等，且成本低廉，性價(jià)比較高，廣泛應(yīng)用在鋰電池隔膜、催化劑、無(wú)機(jī)阻燃劑、陶瓷等領(lǐng)域。

勃姆石結(jié)構(gòu)圖及產(chǎn)品

目前，勃姆石的主要的制備方法包括改進(jìn)拜耳法、鋁直接水解法、有機(jī)醇鹽水解法、溶膠-凝膠法、水熱法等。

1. 拜耳法

傳統(tǒng)的拜耳法是用苛性鈉處理鋁土礦生成鋁酸鈉溶液，再通過(guò)稀釋和添加晶種，使AlOOH重新析出，剩余的氫氧化鈉可回收反復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。反應(yīng)原理如下：

改良拜耳法則是先通過(guò)脫硅、除鐵等工序得到高純鋁酸鈉，再通過(guò)控制鋁酸鈉溶液的分解條件、析出速度等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物中鈉、硅等雜質(zhì)的去除，從而得到高純超細(xì)的勃姆石。

目前，拜耳法仍是生產(chǎn)勃姆石的主要方法之一，特別是在處理三水鋁石型鋁土礦時(shí)，該方法具有原料來(lái)源廣、價(jià)廉、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)則是針對(duì)不同的原料，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，因此在工業(yè)生產(chǎn)中受到一定限制。

2. 鋁直接水解法

鋁直接水解法是使用單質(zhì)鋁與去離子水發(fā)生水解反應(yīng)制備高純勃姆石粉體。通常單質(zhì)鋁與水很難發(fā)生水解反應(yīng)，所以該方法需要對(duì)單質(zhì)鋁進(jìn)行活化，使其具有較高的化學(xué)活性及表面能，進(jìn)而發(fā)生水解反應(yīng)。

目前國(guó)內(nèi)有一些企業(yè)采用鋁直接水解法，優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的結(jié)晶度較好，反應(yīng)過(guò)程所需時(shí)間較短，成本相對(duì)較低，對(duì)環(huán)境友好。但也存在工藝過(guò)程的條件較難控制，納米級(jí)粉體的微觀形貌團(tuán)聚嚴(yán)重等缺點(diǎn)。

3. 鋁醇鹽水解法

醇鹽水解法的原料是鋁和醇，在催化劑條件下先制備出鋁醇鹽，鋁醇鹽經(jīng)過(guò)提純后，高純鋁醇鹽再經(jīng)水解便可得到勃姆石產(chǎn)物。常采用異丙醇鋁，相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)如下：

嚴(yán)格控制水解的工藝條件是醇鹽水解法的關(guān)鍵。該方法的優(yōu)點(diǎn)是過(guò)程具有提純性，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，醇可循環(huán)使用。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該方法易出現(xiàn)微觀粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象，所以需要利用球磨、振動(dòng)磨等機(jī)械手段予以消除，增加了制備工藝的步驟與生產(chǎn)成本。

4. 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是將含有高化學(xué)活性組分的前驅(qū)體原料混合均勻，再通過(guò)水解、縮合反應(yīng)，形成透明的溶膠，溶膠再經(jīng)聚合，成為具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，再通過(guò)熱處理得到所需的納米勃姆石粒子。

溶膠-凝膠法是熱門的研究方法之一，仍處于研究開發(fā)階段。溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物純度高，粒度小，適用于制備納米級(jí)勃姆石，缺點(diǎn)是過(guò)程較復(fù)雜，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高，工業(yè)化難度較大。

5. 水熱法

水熱法將反應(yīng)物置于高溫、高壓的反應(yīng)釜中進(jìn)行溶解和再結(jié)晶后，經(jīng)分離、洗滌、干燥等工藝，制備得到粉體。

在眾多方法中，水熱法在調(diào)控納米勃姆石粉體的微觀形貌與微納米尺寸方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，其操作簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好，被譽(yù)為在綠色合成道路上最有前途的方法。目前，水熱法制備納米勃姆石粉體已經(jīng)取得了一些研究成果，但是國(guó)內(nèi)外的報(bào)道幾乎都是以價(jià)格較高的鋁鹽或鋁醇鹽為原料，原料成本較高，使得該方法在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的進(jìn)展緩慢。

幾家企業(yè)生產(chǎn)工藝流程對(duì)比

勃姆石在鋰電隔膜領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前全球范圍內(nèi)，鋰電池用勃姆石消費(fèi)市場(chǎng)主要集中在歐美、亞太以及歐洲地區(qū)，其中亞太地區(qū)主要以中國(guó)和日本為主。全球鋰電池用勃姆石市場(chǎng)集中度較高，其中Nabaltec和壹石通兩家企業(yè)合計(jì)市場(chǎng)占比達(dá)到62%左右，壹石通在我國(guó)市場(chǎng)的出貨量占比超過(guò)三分之二。

現(xiàn)階段，鋰電池用勃姆石行業(yè)價(jià)格基本穩(wěn)定，隨著CATL、力神、欣旺達(dá)、億緯鋰能等動(dòng)力電池企業(yè)加快切換勃姆石材料，勃姆石在鋰電池市場(chǎng)的滲透率在逐步提升。

國(guó)內(nèi)2016~2025年無(wú)機(jī)涂覆隔膜用量預(yù)測(cè)

受新冠肺炎疫情影響，我國(guó)新能源汽車增速不及預(yù)期，導(dǎo)致鋰電池行業(yè)增長(zhǎng)速度減緩，在此背景下，我國(guó)鋰電池用勃姆石市場(chǎng)增速也有所放緩，但據(jù)相關(guān)專家判斷，勃姆石成為鋰電隔膜涂覆的主流是一種必然。

主要原因有以下幾點(diǎn)：

一、在動(dòng)力電池更加注重安全性能的趨勢(shì)下，勃姆石作為涂覆材料解決方案更能凸顯優(yōu)勢(shì)。（1）高純勃姆石磁性異物含量更低，可有效防止漏電、短路，大大提升電池的主動(dòng)安全性能，同時(shí)能夠給電芯企業(yè)帶來(lái)明顯的良品率提升；（2）勃姆石吸水率顯著低于傳統(tǒng)涂覆材料，有利于高鎳電池的水分控制，進(jìn)一步提高電池安全性能；（3）勃姆石材料的替換對(duì)隔膜企業(yè)和電池企業(yè)在設(shè)備及工藝的更換方面沒(méi)有明顯的門檻，加上材料硬度低的特性，對(duì)設(shè)備（滾筒、切刀）的損傷較小，同時(shí)也降低生產(chǎn)過(guò)程中的異物帶入風(fēng)險(xiǎn)。

二、從資源到產(chǎn)能，勃姆石已經(jīng)形成了一定的行業(yè)壁壘。勃姆石的原材料是氫氧化鋁，來(lái)源非常豐富，原材料供應(yīng)充足，更利于勃姆石存量生產(chǎn)企業(yè)快速擴(kuò)大產(chǎn)能，發(fā)揮先發(fā)優(yōu)勢(shì)。而其他新興材料若要替代勃姆石，從生產(chǎn)、供應(yīng)，到技術(shù)路徑的選擇都將面臨巨大門檻。

目前勃姆石的市場(chǎng)驗(yàn)證已逐步完成，隨著疫情影響減低，新能源汽車、3C產(chǎn)品等行業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，鋰電池隔膜出貨量將持續(xù)增長(zhǎng)，進(jìn)而帶動(dòng)鋰電池用勃姆石需求增長(zhǎng)，未來(lái)鋰電池用勃姆石市場(chǎng)發(fā)展空間非常廣闊。

參考來(lái)源：

1. 納米勃姆石粉體的制備與應(yīng)用研究進(jìn)展，盧楊、郝春來(lái)、戴晨晨、王復(fù)棟、李振、王晶（1. 營(yíng)口理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院；2. 大連交通大學(xué)，遼寧省無(wú)機(jī)超細(xì)粉體制備及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）；

2. 無(wú)機(jī)超細(xì)粉體改性鋰離子電池隔膜的研究進(jìn)展，楊永鈺、高婷婷、田朋、徐前進(jìn)、劉坤吉、寧桂玲（1.大連理工大學(xué)，寶弘科技鋰電新材料聯(lián)合研究中心；2.江西寶弘納米科技有限公司）；

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