鋰電池用高純氧化鋁的制備及應用
氧化鋁具有良好的熱穩定性、物理特性和化學穩定性，被廣泛應用于半導體材料、耐火防火領域、陶瓷領域和LED領域。近年來，隨著人們對鋰離子電池安全性要求越來越高，高純氧化鋁被廣泛應用于阻燃隔膜、包覆型正極材料和固態電解質材料中，在鋰電領域發揮了重要作用。隨著氧化鋁應用的不斷擴大和深入，對氧化鋁的純度、粒徑分布等技術要求日益提高，深入探究高純氧化鋁的生產方法，實現氧化鋁的高效應用也備受關注。
國內生產高純氧化鋁的制備方法主要有：改良拜耳法、醇鋁水解法、硫酸鋁銨熱解法和碳酸鋁銨熱解法。
在鋰離子電池正極材料研究中，提高材料性能的一個重要途徑就是對電極材料的表面進行包覆處理。目的是減少電解液的酸性物質與電極材料的接觸，降低電極被氫氟酸腐蝕，減少酸堿副反應，對于提高正極材料結構穩定性大有幫助。
目前Al2O3是研究較多的氧化物包覆材料之一，因其儲量豐富、價格便宜，并且能明顯提升正極材料的結構穩定性、電化學性能和安全性而被廣泛使用。
例如，LiMn2O4材料是一種高安全性電極材料，但是在高溫環境和長期循環過程中，存在金屬錳溶解現象，嚴重影響了電池的使用壽命，經過Al2O3包覆后的LiMn2O4其表面直接與電解液中氫氟酸的接觸面積減小了，從而減輕了氫氟酸對電極材料的侵蝕影響，錳的溶解度也受到了控制，提高了LiMn2O4的結構穩定性，電極的容量衰減得到改善。
高鎳材料是一種克容量高的正極材料，但高溫循環壽命和安全性有待改善。包覆Al2O3使正極檢測到的放熱峰起始位置后移，且放熱量減小，說明Al2O3降低了鎳鈷錳酸鋰的表面活性，提高了材料的熱穩定性。
隔膜作為實現正極與負極的物理隔離的關鍵材料，其性能對鋰離子電池的可靠性和安全性等方面具有重大影響。鋰離子電池在大電流長時間連續工作時會散發大量的熱量，這要求隔膜熔點高，在較高溫度時收縮率較低，以防止由于高溫收縮或熔化而引起的正負極間的短路。
聚丙烯PP、聚乙烯PE及其衍生物類是鋰離子電池隔膜的常規材質，在高溫條件下存在使用風險，涂覆處理后的隔膜表面存在均勻的孔隙構造，隔膜的機械強度得到明顯提升，并且陶瓷顆粒粒徑小，陶瓷涂層比表面積高、孔隙較多，涂覆膜可以吸附更多的電解液（吸液率由187%提升到300%），對改善電池的電性能幫助較大。
氧化鋁粉體不僅可以涂覆在隔膜上，還可以在負極表面涂覆。將氧化鋁涂層均勻涂覆在石墨負極表面，實驗證明負極涂覆氧化鋁陶瓷沒有對電池的大電流放電性能產生不良影響。在多次循環過程中，氧化鋁涂層顆粒形貌和粒徑保持基本穩定，涂層對石墨的晶體結構無明顯影響，鋰離子在石墨內部脫嵌行為沒有明顯變化。
涂覆氧化鋁陶瓷涂層提高了負極界面的穩定性，減少了活性鋰的損失，提高鋰離子電池的荷電保持能力和循環性能。在針刺測試過程中，負極表面陶瓷涂層能夠降低正負極短路的嚴重程度。
氧化鋁涂覆的石墨負極照片
隨著新能源汽車產業的急速發展，消費終端對動力電池的綜合性能要求越來越高。傳統的鋰離子電池的質量能量密度提升已經遇到了瓶頸，而且鋰離子電池在高溫和濫用條件下的安全問題突出。為了滿足高能量密度和安全需求，發展固態電池技術是一條必經之路。
與液態電解質不同，固態電解質材料硬度高，具有一定的機械強度，對鋰枝晶的生長有重要的抑制作用，鋰金屬在固態電池中可作為電極，因此可以大幅提升電池的能量密度。
在聚合物固態電解質研究中，許多基于溶解在聚醚中的金屬鹽的聚合物電解質，特別是聚環氧乙烷(PEO)被廣泛研究。在室溫下它們的電導率通常很低，通過添加納米氧化物不僅可以提高聚合物的導電性，還可以提高聚合物的穩定性。高比表面積的Al2O3可以有效地保持液體電解質，并有助于吸附殘留的微量雜質，從而提高復合聚合物電解質與鋰金屬的相容性。
高純氧化鋁是重要的原料，在鋰電池的電極材料、隔膜材料、固態電解質等方面的應用越來越廣泛。氧化鋁的引入，不僅有利于電極材料電化學性能的提升，還有利于電池安全性的提高。隨著研究的深入，氧化鋁在鋰電池中的應用還會進一步地深化。國內當前在氧化鋁提純方面實現了技術突破，但還存在氧化鋁批次差異大、顆粒粒度分布不合理及顆粒團聚嚴重等問題。因此，如何進一步提升和改良生產工藝、開發出環境友好且低成本的工藝路線，是提高我國氧化鋁產品質量和實力的必經之路。
