中國粉體網訊 近日，第五批專精特新“小巨人”企業公示名單發布，株洲市創銳高強陶瓷有限公司成功上榜。值得注意的是，創銳陶瓷的陶瓷微珠產品一般送到特斯拉、比亞迪、寧德時代等新能源企業，用作新能源鋰電池正負極材料的磨介、隔膜材料。據統計，截至目前，創銳陶瓷的微珠產品國內市場占有率高達40%，國際市場占有率13%。
來源：創銳陶瓷，陶瓷微珠
這里所提到的陶瓷微珠，實際上就是氧化鋯研磨珠。目前，新能源汽車已成為推動世界經濟增長的核心產業之一。在此背景下，市場對鋰電池的高安全性、高一致性、高合格率和低制造成本提出了更高的要求，而電池的制造水平又跟所用物料質量息息相關。
2022年我國動力電池累計裝車量294.6GWh, 累計同比增長90.7%。其中三元電池累計裝車量110.4GWh,占總裝車量37.5%，累計同比增長48.6%；磷酸鐵鋰電池累計裝車量183.8GWh,占總裝車量62.4%，累計同比增長130.2%。
目前動力電池按照正極材料以磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池裝機為主。主流的磷酸鐵鋰生產工藝中，用固相法生產磷酸鐵鋰粉體，通常需要用濕法研磨工藝對物料顆粒進行解聚破碎，使其粒徑達到亞微米級別。因此需要使用納米級的電池材料來改善電池性能。而氧化鋯研磨珠作為最新一代納米電池材料的研磨介質代表，具備高密度、高強度、耐磨性能良好、使用壽命長等優勢，能實現新能源電池材料納米級超細研磨和分散。
氧化鋯研磨珠：鋰電池關鍵材料的“解決大師”
氧化鋯研磨珠，由微纖維組織構成，具備高密度、高強度、高韌性，耐磨性能良好、使用壽命長，能幫助實現新能源電池材料納米級別的研磨、破碎和分散。與傳統的研磨介質如氧化鋁球、硅酸鋯球、鋼球、瑪瑙球、玻璃珠相比，氧化鋯研磨珠具有無法比擬的研磨效率。
陶瓷研磨介質性能相比
鑒于電池行業對電池材料細度和純度的高要求、實現優良鋰電池的電池漿料的均勻分散性生產關鍵指標，以及企業提效降本的剛需，氧化鋯研磨珠在解決鋰電池關鍵材料的研磨問題上有卓越的表現。
第一，氧化鋯研磨珠可對磷酸鐵鋰及前驅體、鈦酸鋰、硅碳負極、碳納米管、石墨、石墨烯和鋰電陶瓷隔膜、氧化鋁隔膜等鋰電行業關鍵原料進行超細超低磨耗研磨，可適用的材料相當之廣。
第二，氧化鋯有極高的密度，能有效的提高研磨效率，減少物料研磨時間和循環次數，極大降低了比如人工、電耗、設備等帶來的綜合成本。
第三，憑借超強的硬度，氧化鋯研磨珠可將物料研磨至超細的納米級水平，并可使物料分散更均勻、更一致，顯著提升了動力電池關鍵原材料的性能。
第四，氧化鋯研磨珠有多種尺寸，尺寸的多樣性能很好的實現電池材料從粗磨到精磨的過程。
小粒徑陶瓷微珠該如何制備？
為了適應超細粉磨產業的迅速發展，越來越多的研究人員把關注點放在如何制備出性能優異、適應性強的單分散亞毫米級，甚至是粒徑小于300μm的氧化鋯研磨介質球的研究上。歐美及日本等發達國家對氧化鋯亞毫米級研磨介質的研究和開發較早，目前相應的研發和生產規模均已趨于成熟，近幾十年來國內也在這方面進行了大量的研究和資金投入，并形成了一定的生產規模。
大部分國內生產氧化鋯研磨介質的工廠主要還是采用傳統的滾動成型、等靜壓成型等方法，生產出來的研磨介質球在表面微觀結構、球形度、研磨效率、使用穩定性方面與國外進口產品之間仍存在一定的差異。但國內每年對氧化鋯研磨介質，尤其是亞毫米級別的研磨介質球的需求量仍在逐年增加，為了滿足生產需要，很多產品仍需進口。
從制備工藝上來講，滾動法和滴定法是非常適合制備小粒徑的氧化鋯微珠。
滾動法通過類似“滾雪球”的原理制成，其優勢在于：設備簡單，生產效率高，適宜成型小粒徑的瓷球，但該法對粉體原料的要求很高，不僅要求粉料塑性好，還需具備一定流動性，而氧化鋯粉體屬于瘠性料，控制不好的情況下會有內部結構不致密、孔洞多的問題，從而影響鋯珠的壓碎強度、維氏硬度和耐磨性。
滴定法工藝采用漿料滴入溶液后一次成型，內部結構均勻致密。其優勢在于：滴定工藝能夠實現球徑的精準控制；滴定過程中利用液體表面的張力，能夠實現球徑的“真圓”以及表面的“光潔”，杜絕異形微珠的產生，提高研磨效率；滴定過程中利用自身的重力，能夠輕而易舉地實現坯體的“高致密”性，進而實現氧化鋯微珠“高耐磨”的效果；燒結后具有“光潔”的表面，從而避免表面拋光對于鋯球品質帶來的影響。目前在國內，國瓷材料使用公司自制水熱合成的6nm高純超細氧化鋯為原材料，通過滴定法所生產的氧化鋯陶瓷微珠可低溫燒結且內部無氣孔，具有高致密性、高強度、高韌性、低磨耗等性能。使用國瓷定制路線在1200℃燒結的氧化鋯球的平均晶粒大小約為150nm。可適用于電極材料、多層陶瓷電容器、油漆、涂料等高機能材料的分散與研磨。
國瓷材料的氧化鋯微珠
此外，凝膠注模成型工藝也被用于制備陶瓷球的研究中。凝膠注模成型工藝可制備出內部均勻、致密度大、強度高、球形度好、近凈成形的陶瓷微珠，其生產成本較低、無需模具、可進行大量生產。為了滿足工程、生物、能源、信息等領域對氧化鋯陶瓷微珠越來越高的需求，研究制備單分散的亞毫米級氧化鋯陶瓷微珠的凝膠注模成型工藝具有很大的實際意義。
在用凝膠注模成型方法制備陶瓷微珠的過程中，制備高固含、低粘度的二氧化鋯混合高分子漿料、如何將漿料分散成小液滴、小液滴如何在有限的時間內固化成凝膠球等方法仍有待于進一步探索和改善，微珠產品的性質和使用性能仍有待于提高。
在材料上，現有實踐證明，氧化釔和氧化鈰穩定的氧化鋯珠是較理想的研磨介質，具有較高的斷裂強度和耐磨性。但據外媒報道，東麗工業公司宣布，已開發出大規模生產無稀土氧化鋯球的技術。這種球高度耐用，可用于研磨多層陶瓷電容器（MLCC）的陶瓷材料和鋰離子電池的電極材料。
來源：東麗工業官網
在油漆、油墨、非礦等傳統研磨比較發達的行業，鋯珠早已完全國產化，但由于國內亞毫米級氧化鋯陶瓷微珠關鍵技術還未完全突破，我國粒徑小于0.3 mm的氧化鋯陶瓷微珠還未產業化，小粒徑的氧化鋯微珠還有很長的一段路要走。
參考來源：
吉依民：氧化鋯陶瓷微珠滾制成型技術與性能研究
儲璐：凝膠注模成型亞毫米級氧化鋯陶瓷微珠的工藝研究
株洲日報：“珠”一“機”闖天下——走進第五批國家級專精特新“小巨人”系列報道之一。
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（中國粉體網編輯整理/空青）
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