鋰離子電池具有高電壓、高容量、體積小、重量輕、環(huán)保以及長(zhǎng)壽命等突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子產(chǎn)品及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。但是鋰離子電池的安全性目前仍存在一定的問題，尤其是其在高溫、過充、短路等條件下的安全性問題，已成為動(dòng)力型鋰離子電池大規(guī)模應(yīng)用時(shí)必須攻克的技術(shù)難題。

       目前很多鋰電廠商采用了陶瓷粉體涂覆極片或采用陶瓷隔膜等與“陶瓷粉體”有關(guān)的材料來(lái)改善鋰電池的安全性。其實(shí)，陶瓷粉體并不是“陶瓷”，而是納米化的氧化鋁與勃姆石顆粒。這種特種氧化鋁與勃姆石是具有重要應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景的特種功能材料之一，具有很高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性及高硬度等一系列優(yōu)良特性，廣泛用于陶瓷材料、生物醫(yī)學(xué)材料、半導(dǎo)體材料、催化劑載體、表面防護(hù)層材料以及光學(xué)材料。正是由于納米氧化鋁這樣好的熱穩(wěn)定性，被認(rèn)為是很好的隔熱材料，有望在改善鋰離子電池的安全性能上做出重大貢獻(xiàn)。

       目前，特種氧化鋁、勃姆石產(chǎn)品主要用于涂覆于電極或隔膜上以提高隔膜安全性、降低內(nèi)短路率最有效措施。
 

一、極片邊緣涂覆對(duì)電池的安全性和良品率具有重要意義。

勃姆石等材料亦可用在鋰電池電芯的極片涂覆，以提高鋰電池的安全性能及良品率。以比亞迪為例，刀片電池將采用勃姆石材料在電芯極片邊緣進(jìn)行涂覆。極片涂覆可分別應(yīng)用在電池的正極和負(fù)極：
（1）正極極片邊緣涂覆：由于正極片一般小于負(fù)極片，極片寬邊的邊緣在切割中容易出現(xiàn)毛刺，一旦刺穿隔膜接觸到負(fù)極會(huì)引起電池短路。
勃姆石表面光滑，涂覆后可填平正極邊緣，使切割后的表面光滑無(wú)毛刺。行業(yè)內(nèi)由寧德時(shí)代率先使用勃姆石進(jìn)行正極邊緣涂覆已形成示范效應(yīng)，成功導(dǎo)入下游比亞迪、億緯鋰能等電池廠。
（2）負(fù)極極片邊緣涂覆：負(fù)極表面粗糙，涂覆超小粒徑的勃姆石后，負(fù)極造孔變得均勻，可以改善電解液親潤(rùn)性，使得鋰離子在充放電過程中更加通暢。負(fù)極邊緣涂覆還未形成主流，目前有應(yīng)用在 ATL 的消費(fèi)電池上。

二、陶瓷隔膜

       目前，研究者主要從正負(fù)極材料、隔膜、電解液及電池設(shè)計(jì)等方面來(lái)改善電池性能，其中陶瓷隔膜是一種有效提高電池性能的途徑，陶瓷隔膜不僅可以提高電池的安全性能，也可提高電池的循環(huán)性能，降低自放電率。陶瓷隔膜可以提高鋰離子電池的循環(huán)及安全性能，但其制備過程較難控制，另外隔膜上的陶瓷在循環(huán)過程中也容易發(fā)生脫落。

1.形態(tài)差異

       市面上常見的隔膜是PP、PE、或者兩種復(fù)合加工制成。雖然這些微孔聚烯烴隔膜具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性，但是這些隔膜由于制備過程中存在內(nèi)應(yīng)力，在高溫環(huán)境下應(yīng)力釋放，隔膜會(huì)發(fā)生明顯的熱收縮效應(yīng)從而使得電池內(nèi)部正負(fù)極材料直接接觸導(dǎo)致內(nèi)短路產(chǎn)生，發(fā)生安全故障。將納米氧化鋁或勃姆石顆粒涂覆于隔膜表層則能高效的提高鋰電池的安全性。將陶瓷粉體與PVDF、NMP溶解混合、分散均勻后，開啟涂布機(jī)將PE隔膜上進(jìn)行陶瓷粉體涂布，陶瓷涂層厚度可以控制，之后在80℃下干燥24h即制得陶瓷隔膜。陶瓷隔膜微觀形貌如圖所示。

從圖中可以看出，涂覆的納米Al₂O₃顆粒完全覆蓋在PE隔膜的表面，且顆粒之間存在著不均一的較大空洞分布，這些較大空隙的存在能有利于Li+ 的嵌入與脫出且對(duì)電解液具有很好的吸液性及保液性能，從而不影響涂覆涂層后的隔膜對(duì)鋰電池的充放電性能。

2.熱收縮程度

       陶瓷涂層有利于提高隔膜的耐高溫性質(zhì)，將陶瓷隔膜和普通隔膜放于不同溫度的箱子中2h，兩種隔膜在收縮率上有很大的區(qū)別。隔膜在高溫下會(huì)收縮是因?yàn)楦裟ぴ谥苽溥^程中由于牽引拉伸使得隔膜存在內(nèi)應(yīng)力，在高溫環(huán)境下由于隔膜內(nèi)部分子鏈的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力釋放從而發(fā)生大面積收縮；但是陶瓷涂層隔膜在140℃烘烤條件下除隔膜顏色發(fā)生變化以外其本身的形態(tài)未發(fā)生改變，當(dāng)在隔膜表面兩側(cè)涂覆的無(wú)機(jī)涂層具有耐高溫隔熱性能，從而降低基體隔膜本身的溫度，使得隔膜在高溫環(huán)境下仍保持原有形態(tài)。

3.陶瓷隔膜有利于提高電池安全性
       PE隔膜在溫度高于其熔點(diǎn)溫度下會(huì)發(fā)生大面積收縮，從而使得電池內(nèi)部正負(fù)極極片直接接觸導(dǎo)致內(nèi)部短路因此所測(cè)電池內(nèi)阻迅速降低；然而對(duì)于涂覆涂層的隔膜即使在150℃下烘烤其隔膜本身形態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，因此電池內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)短路情況從而使得電池內(nèi)阻仍在增加。PE隔膜在高溫環(huán)境下會(huì)喪失機(jī)械穩(wěn)定性能，從而導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生正負(fù)極直接接觸導(dǎo)致短路，而陶瓷涂層隔膜由于具有耐高溫性能從而有效防止電池內(nèi)部發(fā)生短路，提高電池的安全性能。

4.陶瓷隔膜對(duì)電池壽命的影響

       鋰離子電池隔膜不僅隔離電池內(nèi)部正負(fù)極極片，而且需具備良好的離子通透能力，由于對(duì)隔膜進(jìn)行涂覆無(wú)機(jī)涂層后會(huì)增加隔膜的厚度，從而有可能影響到離子的傳導(dǎo)性能，但實(shí)驗(yàn)證明（圖7）其影響較弱，反而是涂有陶瓷涂層的隔膜循環(huán)性能更好。
  PP/PE隔膜都是非極性的，表面疏水且表面能較低，對(duì)極性的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等有機(jī)電解液較難潤(rùn)濕和保持，這直接影響了電池的循環(huán)性能和使用壽命，而無(wú)機(jī)陶瓷表面由于羥基的存在，表面親水，它的引入能夠極大地提高隔膜或電極對(duì)電解液的潤(rùn)濕和保持能力，大大提高電池的循環(huán)性能。同時(shí)，納米氧化鋁顆粒具有較大比表面積，可以提高電解液對(duì)極片的潤(rùn)濕性和保液性，也有利于電池的循環(huán)壽命。

總結(jié)：

       綜上，陶瓷涂層對(duì)于鋰離子電池性能有重要的影響，尤其是對(duì)鋰電池安全性能具有重要的意義。電極和隔膜表面的陶瓷化，不僅能顯著地降低電池的內(nèi)短路率、提高安全性，還能改善極片和隔膜的電解液浸潤(rùn)性，降低極化，提高電池的循環(huán)等綜合性能。因此，陶瓷涂層的應(yīng)用是今后鋰離子電池發(fā)展的必然趨勢(shì)。

資料來(lái)源：鋰電派 《陶瓷涂層在鋰電池中的應(yīng)用》  文章僅供行業(yè)內(nèi)學(xué)習(xí)和交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除。