勃姆石的逆袭传奇：以柔克刚，氧化铝也低头！

勃姆石的逆袭传奇：以柔克刚，氧化铝也低头！

“软弱”的勃姆石为何能干掉“强硬”的氧化铝！

锂电池在3C电子产品、混合动力/全电动汽车、无人机、智能电网等众多领域正深深影响着人们的生产和生活方式。同时，锂电池生产研发的各个环节也始终在不断改进革新，例如隔膜。

锂电池结构示意图

隔膜是锂电池的关键材料，用于分隔正、负极，防止电池内部短路，允许电解质离子自由通过，以完成电化学充放电过程。其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

传统的商业聚烯烃隔膜具有生产成本低、孔隙结构均一、机械强度优异等优点，一直占据着锂电池隔膜市场的主导地位。但是，商业聚烯烃隔膜也存在许多不可忽视的问题：
（1）与电解液润湿性差，导致锂离子在隔膜内部的传输和扩散受阻，从而影响电池的性能发挥；
（2）高温热稳定性差，隔膜受热时会发生严重收缩，导致电池内部短路，从而引发热失控等安全事故；
（3）应用在锂硫电池中，由于隔膜孔径大且结构单一，无法抑制多硫化物的穿梭效应。这些问题对锂电池的安全性影响是十分致命的。

涂覆膜种类及性质

经研究发现，将隔膜表面单面或者双面进行涂覆可以显著提高高温稳定性，缓解隔膜热收缩造成的电池正负极接触、燃烧、爆炸的安全问题，且隔膜的稳定性和寿命都有显著改善。

无机复合改性是在原有的聚烯烃隔膜表面上涂覆一层无机陶瓷粒子，可以提高隔膜的电解液润湿性、吸收率和机械强度等。此外，无机陶瓷材料具有良好的热稳定性，能防止隔膜在高温下发生热收缩或融化，提高了电池的安全系数。2019年以来，我国无机涂覆隔膜产品占总涂覆隔膜产品的比重在不断增加，在2021年我国无机涂覆在涂覆隔膜中的占比便超过95%。

最早，隔膜厂商普遍采用无机材料是高纯氧化铝，但慢慢的业界发现，由于氧化铝硬度太高，过于“强硬”，涂覆时会对于涂布辊、分切刀等设备磨损极大，而且还存在能耗大、生产成本高等缺点。于是人们开始寻找一种硬度、密度更低，但具备相近改善效果的无机材料，并最终定位于类似氧化铝但相对“软弱”的勃姆石。

相比于高纯氧化铝，勃姆石具有以下优势：
（1）硬度低，对机械设备的磨损小，降低异物带入风险；
（2）耐热温度高，与有机溶剂相容性好；
（3）比重小，相同质量的勃姆石比氧化铝能够多涂覆25%的面积；
（4）涂覆平整度高，内阻小；
（5）生产能耗低，对环境友好。因此，勃姆石逐渐取代氧化铝成为新型的锂电池隔膜改性商用粉体，根据高工产业研究院数据统计，2021年勃姆石占无机涂覆材料比例已经达到 60%，预计2025年勃姆石占无机涂隔膜用量的比例为 75%。

勃姆石是由德国化学家约翰勃姆于1925年首次发现，1927年德拉帕兰特证实了这一推测，并将相关矿石正式命名为勃姆石。勃姆石根据其结晶度不同,可大致分为高结晶度勃姆石和低结晶度勃姆石两大类，不同类别的勃姆石其结构、用途不同。其中高结晶度勃姆石又称一水软铝石或薄水铝石，是应用于锂电池隔膜涂层的主要形式。此外，勃姆石常有球状、中空球状、纳米纤维状等不同形貌，形貌的不同也极大的影响着勃姆石在锂电等领域的应用性能。

为了研究形貌和晶粒尺寸对薄水铝石作为填料在锂电池隔膜填料、固态电解质填料上应用性能的影响，大连理工大学田朋副教授课题组合成了不同形貌和尺寸的薄水铝石，并将其用于锂电池领域，以弄清相应的构效关系。