中國粉體網(wǎng)訊 自從1991年索尼公司將鋰離子電池商業(yè)化以來，鋰離子電池在很多領(lǐng)域中均得到了迅速推廣。人們注意到鋰離子電池具有能量密度大、循環(huán)壽命長、對環(huán)境壓力小等一系列顯著的優(yōu)勢，因此，人們希望通過推廣鋰離子電池技術(shù)來緩解社會發(fā)展和人口增長對傳統(tǒng)化石能源和環(huán)境帶來的巨大壓力。
目前，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用到3C電子產(chǎn)品、混合動力/全電動汽車、無人機、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域，大大改變了人們的生產(chǎn)和生活方式。
01.傳統(tǒng)隔膜力不從心
隔膜是鋰電池中重要的組成部分之一，起到防止電池正負(fù)極直接接觸并提供傳輸通道允許自由離子傳輸?shù)淖饔�，隔膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)直接影響電池的倍率性能、充放電功能、循環(huán)使用壽命、安全性等重要參數(shù)，因此，為了保證電池正常工作，鋰離子電池隔膜性能必須滿足一定的要求。
鋰離子電池的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成
（1）厚度
鋰離子電池隔膜需要有一定厚度，不可過薄也不可過厚。種類相同時，隔膜厚度的增加會提高電池的安全性和內(nèi)阻，并同時降低電池的能量密度。
（2）孔隙率
孔隙率是指隔膜中微孔的體積占隔膜總體積的比值。隔膜中的微孔一般分為通孔、盲孔和閉孔，并且隔膜的吸液率、透氣度等性能參數(shù)都與孔隙率密切相關(guān)。目前隔膜生產(chǎn)商所生產(chǎn)的隔膜孔隙率大都為25%~85%。
（3）熱穩(wěn)定性
我們通常通過熱收縮率來表征隔膜的熱穩(wěn)定性，對于鋰離子電池隔膜而言，其熱收縮率在90℃下放置60min時應(yīng)小于5%。
（4）機械強度
在進行電池裝配的過程中，隔膜會受到拉伸，電池中隔膜將承受較大壓力。為了保證結(jié)構(gòu)、功能完整，隔膜需有一定的機械強度。
（5）電解液潤濕性
電解液潤濕性好的隔膜有利于增加電池的循環(huán)壽命。與電解液發(fā)生接觸后，良好的電解液浸潤性能夠保證電解液浸潤徹底，且能夠增加電解液在隔膜中的保留時間。
（6）化學(xué)穩(wěn)定性
化學(xué)穩(wěn)定性是指隔膜在浸潤時不與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時保持較好的尺寸穩(wěn)定性，不發(fā)生收縮、溶脹和變形等情況。目前商業(yè)化應(yīng)用廣泛的以PE和PP為主的聚烯烴隔膜均能滿足化學(xué)穩(wěn)定性要求。
圖片來源：恩捷股份
傳統(tǒng)的商業(yè)聚烯烴隔膜具有生產(chǎn)成本低、孔隙結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)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?zé)岱�(wěn)定性差，隔膜受熱時會發(fā)生嚴(yán)重收縮，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，從而引發(fā)熱失控等安全事故；（3）應(yīng)用在鋰硫電池中，由于隔膜孔徑大且結(jié)構(gòu)單一，無法抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)。
近年來，科研人員通過對聚烯烴隔膜表面進行改性、開發(fā)新型的隔膜材料以提高隔膜的綜合性能，而無機復(fù)合改性已成為該領(lǐng)域的研究熱點之一。無機復(fù)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)。
02.氧化鋁PK勃姆石，勃姆石勝出！
那具體用什么材料涂覆好呢？
最早，隔膜廠商普遍采用無機材料是高純氧化鋁，它的優(yōu)勢很突出：
1）電化學(xué)穩(wěn)定性：超細氧化鋁具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵御電池在極端條件下的化學(xué)反應(yīng)，有助于延長電池的壽命。
2）離子傳導(dǎo)性能：該材料具有較高的孔隙率和良好的電解液濕潤性，這可以促進電解液在隔膜中的傳輸和擴散，從而提高鋰離子的傳導(dǎo)性能，增強電池的電化學(xué)性能。
3）雙重功能實現(xiàn)：超細氧化鋁既能夠提供良好的隔離性，防止電解液中鋰離子與陰極材料直接接觸，又保持了較高的離子導(dǎo)電性，確保電池的高效充放電，這對于提高電池的能量密度、減小體積和提高功率密度都具有重要意義。
4）安全性提升：在鋰電池中，超細氧化鋁可以作為陶瓷涂覆隔膜的一部分，起到耐高溫、絕緣的作用，有效防止因溫度過高導(dǎo)致隔膜熔化而引發(fā)的短路問題，顯著提高鋰離子電池的耐高溫性能和安全性。
5）導(dǎo)熱性能：高純氧化鋁還具有非常優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，當(dāng)電池溫度過高時，這種材料可以很好地進行熱量傳導(dǎo)，從而解決PP/PE材料導(dǎo)熱性差的問題。
有一段時間，氧化鋁是鋰電池隔膜涂覆中使用量最大的無機粉體，但后來它的缺點愈發(fā)突出：其存在硬度高、能耗大、生產(chǎn)成本高等缺點，而且在涂覆時會對于涂布輥、分切刀等設(shè)備磨損極大。
于是人們便開始尋找一種硬度、密度更低，但具備相近改善效果的無機材料，最終定位于類似氧化鋁但硬度很低的勃姆石。
勃姆石是氧化鋁體系中的一種羥基氧化物相，又稱薄水鋁石或一水軟鋁石，因1925年德國化學(xué)家約翰•勃姆首先發(fā)現(xiàn)了它，認(rèn)為它是鋁土礦的主要組成部分，后經(jīng)另一位科學(xué)家德拉帕蘭特在1927年證實，后來人們把以γ-AlOOH形成的礦石命名為勃姆石。
相比于氧化鋁，勃姆石具有以下明顯優(yōu)勢：（1）硬度低，對機械設(shè)備的磨損小，降低異物帶入風(fēng)險；（2）耐熱溫度高，與有機溶劑相容性好；（3）比重小，相同質(zhì)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。
03.市場規(guī)模將一路攀升
高工產(chǎn)研鋰電研究所（GGII）調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2025年上半年中國鋰電池出貨量776GWh，同比增長68%，其中動力、儲能電池出貨量分別為477GWh、265GWh，同比分別增長49%、128%。展望2025年全年，GGII預(yù)計2025年中國新能源汽車市場同比增速仍將維持在20%以上，加之受海外動力市場需求增長帶動，2025年全年中國動力電池出貨有望超過TWh。
隨著電池能量密度提升與快充技術(shù)普及，鋰電池的安全性能成為行業(yè)焦點。涂覆材料作為提升鋰電池主動安全的關(guān)鍵輔材，市場需求持續(xù)攀升。據(jù)權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，2025-2031年全球鋰電池涂覆材料市場將以12.6%的復(fù)合年增長率擴容，2031年市場規(guī)模預(yù)計達48.2億美元。其中，中國有望占據(jù)全球62%的市場份額。
GGII預(yù)計，2025年中國鋰電池勃姆石用量有望達7.4萬噸。隨著鋰電池需求持續(xù)增長以及產(chǎn)品技術(shù)的穩(wěn)步提升，疊加鋰電池對安全、倍率等性能的持續(xù)要求，將進一步帶動鋰電池用勃姆石需求不斷提升。GGII預(yù)計，2024-2027年我國鋰電池用勃姆石用量年復(fù)合增長率超過20%。
回到勃姆石材料本身，需要指出的是，勃姆石性能不僅取決于其本身所具有的性質(zhì)，還跟其晶粒尺寸、微觀形貌、孔結(jié)構(gòu)、純度等密切相關(guān)。BUGOSH在1961年首次制備出纖維狀的納米勃姆石，之后研究人員合成了多種不同尺寸和形貌的納米勃姆石，主要有納米顆粒、納米棒、納米管、納米帶、納米片等，以及尺寸較大的層狀、花狀、空心球狀勃姆石等。
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(zhì)填料上應(yīng)用性能的影響，大連理工大學(xué)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(lǐng)域，以弄清相應(yīng)的構(gòu)效關(guān)系。9月19日，中國粉體網(wǎng)將在中國·重慶舉辦2025全國高純氧化鋁粉體制備技術(shù)及應(yīng)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(lǐng)域應(yīng)用研究》的報告。
參考來源：
[1]羅佳.氣相水熱可控制備勃姆石粉體及其機理研究
[2]楊永鈺.亞微米級勃姆石的制備及其鋰電池隔膜應(yīng)用性能
[3]周若輝.勃姆石尺寸和形貌的控制及其熱分解動力學(xué)
[4]王秋琳.勃姆石涂覆聚烯烴復(fù)合隔膜的性能研究
（中國粉體網(wǎng)/山川）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
