中国粉体网讯 在过去的几十年中，由于不可再生能源的大量消耗，使得大量温室气体排放，导致了严重的气候变化和全球变暖。绿色可再生能源的使用能够有效减少二氧化碳的排放。
作为清洁能源存储设备的代表，锂离子电池凭借其高能量密度、低成本、安全性高以及环境可持续性等多重特点，成为近些年一条高成长赛道。
正极材料仍不完美
锂离子电池的基本构成涵盖了正极、负极、电解液、隔膜和电池外壳。正极材料是锂离子电池中的核心材料，它决定了电池的能量密度、电压平台、循环寿命和安全性等。
目前，虽然钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）、三元材料（Li-Ni-Co-Mn-O）是4种已经商业化的锂离子电池正极材料，但是它们在安全性、循环性能、容量保持等方面存在一定的缺陷。为了提高正极材料的稳定性，研究者采用不同的改性方法，如掺杂、表面包覆以及两种方式共用等。其中表面包覆对正极材料的改性被认为是最为有效的方法。在众多包覆材料中，Al2O3因其来源广和价格低廉，并且能有效提升正极材料的电化学性能而被广泛使用。
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六效合一：氧化铝如何提高正极性能？
氧化铝包覆在正极材料可以有效的提升正极材料的循环稳定性能、循环寿命和热稳定性能等。Al2O3对正极材料的作用主要有：
（1）氟化氢（HF）清除剂
LiPF6是电解液中常用的电解质，在高电压下，六氟磷酸锂（LiPF6）会与痕量的水发生反应生成HF，生成的HF会与过渡金属离子发生反应，导致正极材料的结构被破坏，从而降低正极材料的循环寿命、倍率性能和安全性能等。在正极材料表面包覆的氧化铝层可以与电解液中的HF发生反应，抑制HF对正极材料的侵蚀。
（2）物理保护屏障
在正极材料表面包覆一层Al2O3，可以将正极材料和电解液隔离，抑制正极材料和电解液之间有害副反应的发生。并且由于氧化铝中Al离子只有一种稳定的价态，所以在锂离子电池充放电过程中，不参与氧化或还原反应。
（3）提升正极材料的热稳定性
热稳定性能是评价锂离子电池性能优劣的关键因素之一。在锂电池充放电过程中，正极材料中晶格氧的释放会导致电解液氧化，从而导致其热稳定性能降低。在正极材料表面包覆氧化铝可以抑制晶格氧释放，以及避免氧气与电解液接触，从而提升锂电池的热稳定性能。
（4）提高锂离子扩散速率
氧化铝虽然不是电子和离子的良导体，但是在充放电过程中，可以和正极材料表面的残锂发生反应，生成LiAlO2，其是离子的良导体，可以提高锂离子的扩散速率，这主要是因为LiAlO2降低了锂离子的扩散能垒。
（5）与LiPF6反应生成电解质添加剂LiPO2F2
在正极材料表面包覆的氧化铝，可以与电解液中的锂盐（LiPF6）反应，生成二氟磷酸锂（LiPO2F2）,其是一种稳定的电解质添加剂，可以明显提升正极材料的循环稳定性能、安全性能和倍率性能等。
（6）抑制Jahn-Teller效应
Jahn-Teller效应是导致正极材料中Mn离子溶解的主要原因，其可能会导致正极材料结构的坍塌，阻碍锂离子的扩散，从而导致正极材料的电化学性能下降。在正极材料表面包覆氧化铝层可以增强正极材料的可承受机械应力和结构稳定性，从而达到抑制Jahn-Teller效应的作用。
5大包覆技术
目前Al2O3表面涂层的包覆方法主要有：浸渍法、沉淀法、干法包覆工艺、溅射法以及原子层沉积（ALD）法等。
正极材料表面包覆的不同过程和示意图
浸渍法：将正极材料加入含铝前驱体的溶液或溶胶中，形成均匀的浆料，并经过干燥和煅烧形成氧化铝包覆的正极材料。
沉淀法：将正极材料和硝酸铝或者氯化铝等溶液混合均匀，通过调节混合液的pH值，在正极材料表面形成包覆层，最后通过过滤、洗涤、干燥和热处理生成氧化铝包覆正极材料。
不同氧化铝包覆方法的优缺点
干法包覆工艺：将氧化铝和正极材料直接混合即可在正极材料表面形成粗糙的包覆层。虽然不能在正极材料表面实现均匀包覆，但对于正极材料电化学性能的提升仍有积极的影响。
溅射法：溅射法通过采用Ar+离子轰击靶材（Al），使得Al原子被溅射沉积在正极材料表面。该技术在正极材料表面沉积氧化铝的速率高于ALD技术。
原子层沉积技术（ALD）：以三甲基铝等作为铝源，在正极材料表面包覆氧化铝，其可以精准控制厚度，其涂层厚度的增加是通过增加ALD的循环次数实现的。
参考来源：
[1]田朋等.纳米氧化铝浆料制备及用于改性锂电池正极材料
[2]徐前进等.氧化铝包覆锂离子电池正极材料的研究进展
[3]徐金钢.纳米氧化铝改性锂电正极材料的研究
[4]张智琦.氧化铝包覆富锂锰基正极材料的合成及其性能研究
（中国粉体网/山川）
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