中國粉體網訊  在過去的幾十年中，由于不可再生能源的大量消耗，使得大量溫室氣體排放，導致了嚴重的氣候變化和全球變暖。綠色可再生能源的使用能夠有效減少二氧化碳的排放。

作為清潔能源存儲設備的代表，鋰離子電池憑借其高能量密度、低成本、安全性高以及環境可持續性等多重特點，成為近些年一條高成長賽道。

正極材料仍不完美

鋰離子電池的基本構成涵蓋了正極、負極、電解液、隔膜和電池外殼。正極材料是鋰離子電池中的核心材料，它決定了電池的能量密度、電壓平臺、循環壽命和安全性等。 

目前，雖然鈷酸鋰（LiCoO₂）、錳酸鋰（LiMn₂O₄）、磷酸鐵鋰（LiFePO₄）、三元材料（Li-Ni-Co-Mn-O）是4種已經商業化的鋰離子電池正極材料，但是它們在安全性、循環性能、容量保持等方面存在一定的缺陷。為了提高正極材料的穩定性，研究者采用不同的改性方法，如摻雜、表面包覆以及兩種方式共用等。其中表面包覆對正極材料的改性被認為是最為有效的方法。在眾多包覆材料中，Al₂O₃因其來源廣和價格低廉，并且能有效提升正極材料的電化學性能而被廣泛使用。

圖片來源：重慶任丙科技

六效合一：氧化鋁如何提高正極性能？

氧化鋁包覆在正極材料可以有效的提升正極材料的循環穩定性能、循環壽命和熱穩定性能等。Al₂O₃對正極材料的作用主要有：

（1）氟化氫（HF）清除劑 

LiPF₆是電解液中常用的電解質，在高電壓下，六氟磷酸鋰（LiPF₆）會與痕量的水發生反應生成HF，生成的HF會與過渡金屬離子發生反應，導致正極材料的結構被破壞，從而降低正極材料的循環壽命、倍率性能和安全性能等。在正極材料表面包覆的氧化鋁層可以與電解液中的HF發生反應，抑制HF對正極材料的侵蝕。 

（2）物理保護屏障

在正極材料表面包覆一層Al₂O₃，可以將正極材料和電解液隔離，抑制正極材料和電解液之間有害副反應的發生。并且由于氧化鋁中Al離子只有一種穩定的價態，所以在鋰離子電池充放電過程中，不參與氧化或還原反應。 

（3）提升正極材料的熱穩定性 

熱穩定性能是評價鋰離子電池性能優劣的關鍵因素之一。在鋰電池充放電過程中，正極材料中晶格氧的釋放會導致電解液氧化，從而導致其熱穩定性能降低。在正極材料表面包覆氧化鋁可以抑制晶格氧釋放，以及避免氧氣與電解液接觸，從而提升鋰電池的熱穩定性能。 

（4）提高鋰離子擴散速率 

氧化鋁雖然不是電子和離子的良導體，但是在充放電過程中，可以和正極材料表面的殘鋰發生反應，生成LiAlO₂，其是離子的良導體，可以提高鋰離子的擴散速率，這主要是因為LiAlO₂降低了鋰離子的擴散能壘。 

（5）與LiPF₆反應生成電解質添加劑LiPO₂F₂

在正極材料表面包覆的氧化鋁，可以與電解液中的鋰鹽（LiPF₆）反應，生成二氟磷酸鋰（LiPO₂F₂）,其是一種穩定的電解質添加劑，可以明顯提升正極材料的循環穩定性能、安全性能和倍率性能等。 

（6）抑制Jahn-Teller效應 

Jahn-Teller效應是導致正極材料中Mn離子溶解的主要原因，其可能會導致正極材料結構的坍塌，阻礙鋰離子的擴散，從而導致正極材料的電化學性能下降。在正極材料表面包覆氧化鋁層可以增強正極材料的可承受機械應力和結構穩定性，從而達到抑制Jahn-Teller效應的作用。 

5大包覆技術

目前Al₂O₃表面涂層的包覆方法主要有：浸漬法、沉淀法、干法包覆工藝、濺射法以及原子層沉積（ALD）法等。

正極材料表面包覆的不同過程和示意圖

浸漬法：將正極材料加入含鋁前驅體的溶液或溶膠中，形成均勻的漿料，并經過干燥和煅燒形成氧化鋁包覆的正極材料。 

沉淀法：將正極材料和硝酸鋁或者氯化鋁等溶液混合均勻，通過調節混合液的pH值，在正極材料表面形成包覆層，最后通過過濾、洗滌、干燥和熱處理生成氧化鋁包覆正極材料。 

不同氧化鋁包覆方法的優缺點

干法包覆工藝：將氧化鋁和正極材料直接混合即可在正極材料表面形成粗糙的包覆層。雖然不能在正極材料表面實現均勻包覆，但對于正極材料電化學性能的提升仍有積極的影響。 

濺射法：濺射法通過采用Ar+離子轟擊靶材（Al），使得Al原子被濺射沉積在正極材料表面。該技術在正極材料表面沉積氧化鋁的速率高于ALD技術。 

原子層沉積技術（ALD）：以三甲基鋁等作為鋁源，在正極材料表面包覆氧化鋁，其可以精準控制厚度，其涂層厚度的增加是通過增加ALD的循環次數實現的。

參考來源：

[1]田朋等.納米氧化鋁漿料制備及用于改性鋰電池正極材料

[2]徐前進等.氧化鋁包覆鋰離子電池正極材料的研究進展

[3]徐金鋼.納米氧化鋁改性鋰電正極材料的研究

[4]張智琦.氧化鋁包覆富鋰錳基正極材料的合成及其性能研究

（中國粉體網/山川）

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