鋰電池用涂覆材料:勃姆石型納米氫氧化鋁
鋰電池隔膜是鋰離子電池的四大主要部件之一,在鋰離子電池中起到隔離正負(fù)極、防止正負(fù)極接觸短路和給鋰離子提供通道允許鋰離子通過的作用。目前為了更好的匹配動力電池的安全和性能要求,涂層隔膜運用于動力電池中已逐漸成為主流。
勃姆石(AlOOH)在焙燒中能夠保持原有的介觀形貌,因此可作為制備不同形貌納米氧化鋁的前驅(qū)體。除此之外,AlOOH還可用作陶瓷材料、催化劑及載體材料、鋰電池隔膜涂層以及光學(xué)材料等。
作為鋰電池涂覆材料,勃姆石主要用于鋰電池電芯隔膜和極片的涂覆。涂覆在鋰電池電芯隔膜上能夠提高隔膜的耐熱性,增強隔膜的抗刺穿性,提高鋰電池的安全性能;涂覆在鋰電池的極片中,可避免正極材料極片分切過程中產(chǎn)生的毛刺刺穿隔膜,提高鋰電池的安全性能,改良電池生產(chǎn)工藝,提高能量密度。此外,受益于磁性異物含量低、吸水率低、比重低、莫氏硬度低的特點,勃姆石還能有助于改善電池的倍率性能和循環(huán)性能,提升電芯的良品率,并減少電池在使用過程中的自放電,是提升鋰電池安全可靠性的重要材料。
產(chǎn)品指標(biāo)
型 號 | JR14D |
化學(xué)成分,n/a | AlO(OH) |
晶體結(jié)構(gòu),n/a | Boehmite |
晶體粒徑(120-reflex),nm | 13 |
Al2O3,% | 75 |
堆積密度,g/ml | 0.4-0.6 |
孔容,ml/g | 0.7-0.9 |
比表面積,㎡/g > | 180 |
分散度,% > | 96 |
勃姆石在無機涂覆材料中的使用滲透率有望持續(xù)提升,具有如下優(yōu)勢:
1)硬度低,在切割和涂覆過程中,對機械的磨損小,能夠降低設(shè)備磨損和異物帶入的風(fēng)險;
2)耐熱溫度高,與有機物相容性好;
3)密度小,相同質(zhì)量的AlOOH比高純Al2O3多涂覆25%的面積;
4)涂覆平整度高、內(nèi)阻小;
5)能耗低,生產(chǎn)過程對環(huán)境更加友好;
6)制備過程更為簡單,生產(chǎn)成本低。
鋰電池涂覆材料種類介紹
以勃姆石、氧化鋁為主要涂覆材料的無機涂覆較以聚偏氟乙烯(PVDF)、芳綸為代表的有機涂覆和有機無機混合涂覆技術(shù)更加成熟。無機涂覆隔膜的可拉伸強度和熱收縮率更好,下游客戶已形成產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。根據(jù)研究機構(gòu)EVTank聯(lián)合伊維經(jīng)濟研究院共同發(fā)布的《中國鋰離子電池隔膜行業(yè)白皮書(2020年)》,2019年中國鋰電池涂覆材料出貨量為1.55萬噸,其中無機涂覆材料出貨1.4萬噸,占比達(dá)90.32%,有機涂覆材料、有機和無機結(jié)合的涂覆材料占比不到10%。當(dāng)前市場上涂覆材料種類主要分為無機涂覆、有機涂覆、有機+無機涂覆三種方式。
涂覆材料 | 涂覆膜種類 | 產(chǎn)品特點 |
陶瓷 (勃姆石、氧化鋁) | 無機涂覆 | ①提高隔膜的耐熱性,增強隔膜的抗刺穿性 ②改善電池的倍率性能和循環(huán)性能 ③提升電芯的良品率 ④減少電池在使用過程中的自放電 |
陶瓷+PVDF | 有機+無機涂覆 | ①耐高溫、降低熱收縮 ②提升粘接性和電池硬度 ③增強吸液性,提升循環(huán)壽命 |
PVDF、芳綸 | 有機涂覆 | ①提升粘接性和電池硬度 ②提高隔膜的耐熱性 ③提高隔膜的抗氧化性 |
近年來,AlOOH開始逐漸取代氧化鋁成為新型的鋰電池隔膜商用改性粉體。勃姆石在無機涂覆材料應(yīng)用中的占比逐漸提升。據(jù)統(tǒng)計,2019年勃姆石占無機涂覆膜用量的比例為44%,較2016年增長30%,預(yù)計2025年勃姆石占無機涂覆膜用量的比例為75%。
中國無機涂覆膜用量及勃姆石膜占比(億平方米)
小結(jié)
在隔膜表面涂覆一層陶瓷,利用陶瓷材料良好的熱穩(wěn)定性、較高的機械強度、豐富的孔結(jié)構(gòu)和良好的電解液浸潤性,可提升鋰離子電池的安全性、改善鋰離子電池的電化學(xué)性能。受益于下游新能源汽車需求的持續(xù)增長以及勃姆石在鋰電池電芯隔膜涂覆的滲透率提升,勃姆石市場空間將呈放大趨勢。
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