中國粉體網訊
陶瓷材料在鋰離子電池中的應用
1、陶瓷在正極材料中的應用
Al2O3材料為無機氧化物，也屬于惰性材料，氧化鋁通過包覆在正極材料表面可減少正極材料和鋰電池中的電解液直接接觸，進而提升鋰離子電池性能，采用氧化物作為包覆材料對正極材料進行包覆改性應用得較為廣泛。
陳道明等以尿素為沉淀劑，采用均勻沉淀法在其表面包覆不同比例Al2O3包覆層，研究其對LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2電化學性能的影響。研究制備的樣品中，SEM、TEM圖結果表明Al2O3均勻的包覆在正極材料表面。相比而言，1%Al2O3包覆正極材料具有比較好的電化學性能，具有首次放電容量189.56mAh/g；首次庫倫效率87.95%；其在電池的循環性能、倍率性能測試中也表現最佳。通過循環伏安法和電化學阻抗分析，LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2電池表現的性能提高，主要原因是Al2O3包覆在正極材料表面抑制了電解液和正極材料在電池循環過程的副反應，也減小了界面阻抗值。
2、陶瓷在負極材料中的應用
負極極片表面涂覆Al2O3涂層同樣能夠改善鋰電池的安全性和電化學性能。很多人不了解Al2O3陶瓷涂覆鋰離子電池極片表面的工藝，鮮有人知陶瓷涂覆在極片上對鋰離子電池性能提升的效果。在負極極片上涂覆的Al2O3涂層可有效抑制析出金屬鋰和電解液的相互反應，因此，Al2O3涂覆在負極極片表面上能夠顯著提高鋰電池的安全性，尤其是在開放環境下的針刺實驗不會發生熱失控的結果值得關注。
3、陶瓷在隔膜材料中的應用
PE、PP具有價低易得、資源豐富、強度高、耐熔耐腐蝕等優點，都是屬于聚烯烴材料，PE、PP隔膜作為商業隔膜，都在鋰離子電池中得到應用。雖然在鋰電池中纖維素復合膜作為隔膜也有應用，但在鋰離子電池中應用仍以具有微孔結構的PE、PP聚烯烴薄膜為主。當出現鋰離子電池內部快速升溫時，隔膜會發生收縮、軟化，從而引發鋰離子電池的內部發生短路，易造成火災、爆炸等。鋰離子電池安全性與隔膜的原材料和隔膜結構有關，很多學者將陶瓷隔膜作為研究重點，改性鋰離子電池的隔膜，提高耐高溫性從而限制鋰電池內部溫度升高和短路。在聚烯烴隔膜表層涂覆無機氧化物Al2O3涂層，制備的陶瓷隔膜具有熱穩定性，隔膜熱收縮性得到改善，鋰離子電池的安全性能也得到提高。
4、陶瓷在電解液中的應用
在電解液中添加Al2O3不但能提升循環、倍率性能，也能達到提升電池安全性的目的。Jeff Dahn對Al2O3包覆NCM改善電池性能的原因進行分析：表面包覆的Al2O3能同LiPF6反應生成LiPO2F2。LiPO2F2是目前公認的有益電池性能的電解液添加劑，將Al2O3直接分散在電解液中，Al2O3能同LiPF6反應生成LiPO2F2也會得到類似的效果，從而提升電池電化學性能。
陶瓷材料在SOFC中的應用
固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種將燃料與氧化劑中的化學能直接轉換成電能的全固態電化學發電裝置，能量轉換效率高，可達到60%左右，產生的熱進行熱電聯供效率可達到80%以上，是目前最為前沿、也是技術難度最高的一代燃料電池。SOFC的電解質、陰極和陽極都是陶瓷材料，因此SOFC又被稱為陶瓷基燃料電池。
SOFC工作原理圖
其中SOFC的電解質是致密的氧離子導體，主要是螢石型結構氧化物或鈣鈦礦結構氧化物；電極是多孔的氧離子和電子混合導體，其中陽極主要是金屬陶瓷復合材料或鈣鈦礦結構氧化物材料，陰極主要是鈣鈦礦結構氧化物材料。電解質材料的氧離子傳導性能和電極的荷電傳導及催化活性共同決定了SOFC的性能。
參考來源：
[1]陳爍爍.固體氧化物燃料電池產業的發展現狀及展望
[2]常貴可等.國內固體氧化物燃料電池研究現狀與展望
[3]孫仲振.陶瓷在鋰離子電池的應用研究及發展
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
