中國粉體網(wǎng)訊 鋰電池有多火已不必多說，它在3C電子產(chǎn)品、混合動力/全電動汽車、無人機、智能電網(wǎng)等眾多領域正深深影響著人們的生產(chǎn)和生活方式。同時，鋰電池生產(chǎn)研發(fā)的各個環(huán)節(jié)也始終在不斷改進革新，例如隔膜。
隔膜是鋰電池的關鍵材料，用于分隔正、負極，防止電池內(nèi)部短路，允許電解質離子自由通過，以完成電化學充放電過程。其性能決定了電池的界面結構、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。
鋰電池結構示意圖
傳統(tǒng)的商業(yè)聚烯烴隔膜具有生產(chǎn)成本低、孔隙結構均一、機械強度優(yōu)異等優(yōu)點，一直占據(jù)著鋰電池隔膜市場的主導地位。但是，商業(yè)聚烯烴隔膜也存在許多不可忽視的問題：（1）與電解液潤濕性差，導致鋰離子在隔膜內(nèi)部的傳輸和擴散受阻，從而影響電池的性能發(fā)揮；（2）高溫熱穩(wěn)定性差，隔膜受熱時會發(fā)生嚴重收縮，導致電池內(nèi)部短路，從而引發(fā)熱失控等安全事故；（3）應用在鋰硫電池中，由于隔膜孔徑大且結構單一，無法抑制多硫化物的穿梭效應。這些問題對鋰電池的安全性影響是十分致命的。
圖片來源：恩捷股份
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，將隔膜表面單面或者雙面進行涂覆可以顯著提高高溫穩(wěn)定性，緩解隔膜熱收縮造成的電池正負極接觸、燃燒、爆炸的安全問題，且隔膜的穩(wěn)定性和壽命都有顯著改善。
涂覆膜種類及性質
其中，無機復合改性是在原有的聚烯烴隔膜表面上涂覆一層無機陶瓷粒子，可以提高隔膜的電解液潤濕性、吸收率和機械強度等。此外，無機陶瓷材料具有良好的熱穩(wěn)定性，能防止隔膜在高溫下發(fā)生熱收縮或融化，提高了電池的安全系數(shù)。2019年以來，我國無機涂覆隔膜產(chǎn)品占總涂覆隔膜產(chǎn)品的比重在不斷增加，在2021年我國無機涂覆在涂覆隔膜中的占比便超過95%。
最早，隔膜廠商普遍采用無機材料是高純氧化鋁，但慢慢的業(yè)界發(fā)現(xiàn)，由于氧化鋁硬度太高，過于“強硬”，涂覆時會對于涂布輥、分切刀等設備磨損極大，而且還存在能耗大、生產(chǎn)成本高等缺點。于是人們開始尋找一種硬度、密度更低，但具備相近改善效果的無機材料，并最終定位于類似氧化鋁但相對“軟弱”的勃姆石。
相比于高純氧化鋁，勃姆石具有以下優(yōu)勢：（1）硬度低，對機械設備的磨損小，降低異物帶入風險；（2）耐熱溫度高，與有機溶劑相容性好；（3）比重小，相同質量的勃姆石比氧化鋁能夠多涂覆25%的面積；（4）涂覆平整度高，內(nèi)阻��；（5）生產(chǎn)能耗低，對環(huán)境友好。因此，勃姆石逐漸取代氧化鋁成為新型的鋰電池隔膜改性商用粉體，根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年勃姆石占無機涂覆材料比例已經(jīng)達到 60%，預計2025年勃姆石占無機涂隔膜用量的比例為 75%。
勃姆石的分類及應用
據(jù)了解，勃姆石是由德國化學家約翰勃姆于1925年首次發(fā)現(xiàn)，1927年德拉帕蘭特證實了這一推測，并將相關礦石正式命名為勃姆石。勃姆石根據(jù)其結晶度不同,可大致分為高結晶度勃姆石和低結晶度勃姆石兩大類，不同類別的勃姆石其結構、用途不同。其中高結晶度勃姆石又稱一水軟鋁石或薄水鋁石，是應用于鋰電池隔膜涂層的主要形式。此外，勃姆石常有球狀、中空球狀、納米纖維狀等不同形貌，形貌的不同也極大的影響著勃姆石在鋰電等領域的應用性能。
為了研究形貌和晶粒尺寸對薄水鋁石作為填料在鋰電池隔膜填料、固態(tài)電解質填料上應用性能的影響，大連理工大學田朋副教授課題組合成了不同形貌和尺寸的薄水鋁石，并將其用于鋰電池領域，以弄清相應的構效關系。9月27日，中國粉體網(wǎng)將在江蘇·揚州舉辦2024全國高純氧化鋁粉體制備技術及應用交流大會。屆時，田朋副教授將蒞臨大會并作題為《薄水鋁石晶粒和形貌的控制及在鋰電領域應用研究》的報告。
專家介紹
田朋，大連理工大學副教授，化工學院化學工藝系教學主任，大連市青年科技之星。本、碩、博均就讀于大連理工大學，2013年4月獲得理學博士學位。2013年5月就職于大連理工大學，2015年11月至2017年11月在美國威斯康星大學麥迪遜分校從事博士后工作。主要研究方向是精細氧化鋁生產(chǎn)和應用的化工基礎，微納米材料合成與應用。發(fā)表SCI學術論文30余篇，申請發(fā)明專利20多項，已授權10余項。主持國家級項目1項，省部級項目4項，企業(yè)合作課題4項；作為骨干參與國家級重點科研項目2項。
參考來源：
[1]楊永鈺.亞微米級勃姆石的制備及其鋰電池隔膜應用性能
[2]韓丹等.勃姆石的研究進展
[3]中國粉體網(wǎng)、粉體大數(shù)據(jù)研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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