【河南世源铝业】分享：陶瓷材料在锂电池产品的应用

随着高新技术的不断发展，先进的陶瓷粉末和产品已成为一些高新技术领域的关键材料和瓶颈材料。例如，在锂电池行业，一些陶瓷材料在锂电池生产链中发挥着重要作用。这些材料中的一些直接成为电极和分离器材料。有的已经成为包装材料，有的已经成为锂电池生产过程中的辅助材料。

由于锂电池，这些陶瓷材料的市场也蓬勃发展。今天，让我们来看看生产锂电池需要哪些陶瓷材料。

锂电池分离器主要陶瓷材料

分离器是锂离子电池材料中技术壁垒**的部分，其成本比仅次于正极材料，约为10%至14%。在一些高端电池中，分离器成本比甚至达到20%。

目前，陶瓷隔膜按制备方法可分为两种，一种是传统的聚烯烃隔膜或无纺膜作为基膜，在基膜上通过粘接、热压或接枝等方式覆盖陶瓷层，形成陶瓷复合膜；另一种是将纳米和微米级陶瓷颗粒混合到有机材料中，制成混合浆料，然后将浆料拉伸成膜或制成非织造膜。

随着摩托车和电动汽车的普及，传统的聚烯烃隔板在耐高压和耐高温性能方面不能满足高压电池的要求。采用分离涂层技术，利用陶瓷的低热导率，防止电池中某些热失控点膨胀，形成整体热失控；

无机材料的结构特性可以改善分离器的热收缩性能，具有更高的安全性和高的潜在阻力。此外，陶瓷涂层具有亲水性，对液体电解质具有更好的液体吸收功能，这也可以提高锂电池在充电和放电期间内部电流分布的均匀性。目前，**关注的锂电池主要陶瓷材料是用于电池分离器的高纯度氧化铝、勃姆石等。

高纯度氧化铝

氧化铝是一种高硬度化合物，熔点为2054°C，沸点为2980°C。它是一种可以在高温下电离的离子晶体。氧化铝作为一种无机物质，具有较高的热稳定性和化学惰性，是电池隔板陶瓷涂层的良好选择。

其优点是：

（1） 循环寿命长。减少循环过程中的机械微短路，有效提高循环寿命；

（2） 高倍率。高纯度纳米氧化铝可以在锂电池中形成固溶体，提高速率和循环性能；

（3） 高纯度纳米氧化铝也具有非常好的导热性。当电池温度过高时，这种材料可以很好地导热，从而解决了PP/PE材料导热性差的问题；

（4） 良好的润湿性。高纯度纳米氧化铝粉末具有良好的液体吸收和液体保持能力；

（5） 高纯度纳米氧化铝材料也具有优异的阻燃性。这是因为氧化铝材料本身是一种非常好的阻燃剂，即使温度达到燃烧零点，材料的良好阻燃性也会防止大规模燃烧甚至爆炸；

（6） 当电流太大时，它会阻挡电流。随着锂离子电池容量的不断提高，内部储存的能量越来越大，内部温度也会升高。

温度可能过高，无法熔化负极分离器并导致短路

硼镁石

勃姆石（AlOOH）是γ-Al2O3的前驱体，具有独特的化学、光学和机械财产，广泛应用于陶瓷材料、复合材料、表面保护材料、光学材料、催化剂和载体材料、半导体材料和涂层等领域。

除了满足锂电池对分离器的要求外，勃姆石与氧化铝相比具有以下优点：

（1） 勃姆石硬度低，在切割和涂覆过程中，机械磨损小，成本低于高纯氧化铝。

（2） 硼镁石具有较高的耐热温度和与有机物的良好相容性。

（3） 勃姆石的比重很小，相同的重量可以覆盖比高纯度氧化铝多25%的面积。

（4） 涂层平滑度高，内阻低。

（5） 能耗低，生产过程更环保。

（6） 勃姆石的吸水率只有高纯氧化铝的一半。

（7） 勃姆石的制备更简单，不像高纯度氧化铝，它需要经历一系列复杂的过程，如煅烧、粉碎和分级。

（6） 勃姆石材料的更换对分离器公司和电池公司的设备和工艺更换没有门槛，对分离器公司设备的损坏很小。分离器公司也倾向于与电池公司合作，以加快勃姆石材料验证和产品验证。

锂电池正极添加剂–氧化锆

纳米复合氧化锆产品在新能源领域的应用也在扩大。越来越多的锂电池设计开始使用氧化锆粉末陶瓷材料作为阴极添加剂材料，以稳定电池性能并增加循环寿命。让我们以锂镍钴锰氧化物（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）正极材料为例，看看纳米氧化锆对正极材料性能的影响。

研究发现，掺杂ZrO2的材料的比放电容量显著高于原始LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料，这可能与掺杂ZrO2材料的粒径较小有关。颗粒尺寸越小，材料在充电和放电过程中越容易脱嵌，因此掺杂材料的放电比容量增加。

随着充电和放电的进行，**量的掺杂剂离子Zr4+也可能迁移到电极表面并形成固溶体，防止了在充电和放电期间由于各向异性结构变化而导致的结构坍塌，同时固溶体还起到保护涂层的作用，防止钴溶解到电解质中。因此，材料结构在循环期间的相变期间变得非常稳定，并且循环稳定性增强。

锂电池用其他陶瓷材料

堇青石-莫来石挂片因其优异的抗热震性和经济性而被广泛应用于锂电池正极材料领域。碳化硅推板主要由氧化硅和碳化硅组成。用于锂电池正极材料推板窑和无机粉末煅烧推板窑。应用温度不高。

陶瓷辊的主要材料有：刚玉、铝硅、熔融石英和碳化硅。在锂电池方面，辊道炉的作用主要是提供具有氧化气氛和热量的封闭空间，以实现锂离子电池正极原料的烧结。

在锂电池密封环节中，硬币大小的电子陶瓷环（学名“新动力电池陶瓷密封连接器”）是新能源电动汽车的重要部件，用于在动力电池盖板和电杆之间形成密封的导电连接。

此外，一些陶瓷粉末或产品用于锂电池的制备或组装。锂电池正极方面，高纯度超细氧化铝陶瓷材料也可以作为电池正极的添加剂材料，起到涂层和掺杂的作用。

锂电池负极方面，据了解，碳化硅微粉陶瓷材料可以与石墨、碳纳米管、纳米氮化钛等结合，制成锂电池负极材料，可以提高锂电池的容量和使用寿命。

简而言之，随着先进技术和材料的不断发展，未来可能会有更多的陶瓷材料应用于锂电池乃至整个新能源领域，而且可能会有越来越多的锂离子电池公司拥有陶瓷材料。

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