氧化鋁是什么？
氧化鋁
氧化鋁（Al?O?）是一種無(wú)機(jī)物，化學(xué)式為Al?O?，是一種高硬度的化合物，熔點(diǎn)為2054℃，沸點(diǎn)為2980℃。?氧化鋁在高溫下可電離的離子晶體，常用于制造耐火材料。工業(yè)氧化鋁是由鋁礬土（Al?O?·3H?O）和硬水鋁石制備的，對(duì)于純度要求高的Al?O?，一般用化學(xué)方法制備。
化學(xué)性質(zhì)
氧化鋁是一種兩性氧化物，能溶于無(wú)機(jī)酸和堿性溶液中，幾乎不溶于水及非極性有機(jī)溶劑。其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕。
晶體結(jié)構(gòu)
氧化鋁有多種同質(zhì)異晶體，主要包括α-Al?O?、β-Al?O?和γ-Al?O?。其中，α-Al?O?（剛玉）是最穩(wěn)定的物相，屬于三方晶系，具有高熔點(diǎn)、高硬度和良好的耐腐蝕性。
α型氧化鋁
在α型氧化鋁的晶格中，氧離子為六方緊密堆積，Al3+對(duì)稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心，晶格能很大，故熔點(diǎn)、沸點(diǎn)很高．α型氧化鋁不溶于水和酸，工業(yè)上也稱鋁氧，是制金屬鋁的基本原料；也用于制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實(shí)驗(yàn)儀器；還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等；高純的α型氧化鋁還是生產(chǎn)人造剛玉、人造紅寶石和藍(lán)寶石的原料；還用于生產(chǎn)現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的板基．
β型氧化鋁
還有一種β-Al?O?，它有離子傳導(dǎo)能力（允許Na通過(guò))，以β-鋁礬土為電解質(zhì)制成鈉－硫蓄電池。由于這種蓄電池單位重量的蓄電量大，能進(jìn)行大電流放電，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。這種電池負(fù)極為熔融鈉，正極為多硫化鈉（Na?Sx），電解質(zhì)為β－鋁礬土（鈉離子導(dǎo)體）
這種蓄電池使用溫度范圍可達(dá)620～680K，其蓄電量為鉛蓄電池蓄電量的3～5倍。用β－Al?O?陶瓷做電解食鹽水的隔膜生產(chǎn)燒堿，有產(chǎn)品純度高，公害小的特點(diǎn)。
γ型氧化鋁
γ型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環(huán)境下脫水制得，工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠。其結(jié)構(gòu)中氧離子近似為立方面心緊密堆積，Al3+不規(guī)則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中。γ型氧化鋁不溶于水，能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液，將它加熱至1200℃就全部轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁．γ型氧化鋁是一種多孔性物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米，活性高吸附能力強(qiáng)。工業(yè)品常為無(wú)色或微帶粉紅的圓柱型顆粒，耐壓性好．在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體；在工業(yè)上是變壓器油、透平油的脫酸劑，還用于色層分析；在實(shí)驗(yàn)室是中性強(qiáng)干燥劑，其干燥能力不亞于五氧化二磷，使用后在175℃以下加熱6-8h還能再生重復(fù)使用。
氧化鋁在鋰電池行業(yè)中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：
隔膜涂覆：氧化鋁作為涂覆材料應(yīng)用于鋰電池隔膜，具有與電解液相容性好、吸液率高的特點(diǎn)。它能夠?yàn)殇囯x子遷移提供通道，同時(shí)隔絕電池正負(fù)極，防止短路1。此外，高純氧化鋁（純度≥99.995%）由于其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于阻燃隔膜、包覆型正極材料和固態(tài)電解質(zhì)材料中。
正極材料包覆：在鋰離子電池正極材料中，氧化鋁（一般為高純氧化鋁）被廣泛用于表面包覆處理。這可以有效減少電解液的酸性物質(zhì)與電極材料的接觸，降低電極被氫氟酸腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，減少酸堿副反應(yīng)，從而提高正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。具體來(lái)說(shuō)，氧化鋁涂層可以抑制正極材料與非水電解質(zhì)之間的副反應(yīng)，形成鋰化氧化鋁，提高鋰離子擴(kuò)散速率，減少放熱反應(yīng)，提升正極材料的熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能。
負(fù)極材料和電解質(zhì)：雖然具體應(yīng)用不如正極材料廣泛，但氧化鋁也在一定程度上用于負(fù)極材料和電解質(zhì)的改進(jìn)。例如，通過(guò)添加氧化鋁可以提升負(fù)極材料的穩(wěn)定性和循環(huán)性能，同時(shí)改善電解質(zhì)的性能。
氧化鋁在鋰電池中的具體作用機(jī)制包括：
提高正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能：通過(guò)表面包覆氧化鋁，可以減少電解液中的酸性物質(zhì)對(duì)正極材料的腐蝕，形成保護(hù)層，抑制副反應(yīng)，提高材料的熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能。
改善隔膜性能：氧化鋁涂覆的隔膜能夠提供鋰離子遷移的通道，同時(shí)隔絕正負(fù)極，防止短路，提高電池的安全性和性能。
提升負(fù)極材料的穩(wěn)定性：通過(guò)添加氧化鋁可以提升負(fù)極材料的穩(wěn)定性和循環(huán)性能。
尤其是在鋰電池正極材料中，氧化鋁的應(yīng)用非常重要。
鋰離子電池正極材料研究中，提高材料性能的一個(gè)重要途徑就是對(duì)電極材料的表面進(jìn)行包覆處理。目的是減少電解液的酸性物質(zhì)與電極材料的接觸，降低電極被氫氟酸腐蝕，減少酸堿副反應(yīng)，對(duì)于提高正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大有幫助。目前Al2O3是研究較多的氧化物包覆材料之一，因其儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜，并且能明顯提升正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電化學(xué)性能和安全性而被廣泛使用。
Al2O3包覆的作用如下：
在鋰離子電池正極材料中，Al2O3表面涂覆可以有效地提高正極材料的容量保持率、長(zhǎng)循環(huán)性以及熱穩(wěn)定性。Al2O3表面涂層對(duì)正極材料性能的積極影響可能包括：作為一種氟化氫清除劑，清除電解質(zhì)溶液中的HF，抑制正極材料中過(guò)渡金屬的溶解；在正極材料表面形成一層物理保護(hù)屏障，抑制正極材料和非水電解質(zhì)之間發(fā)生不必要的副反應(yīng)；在正極材料表面形成鋰化氧化鋁，提高鋰離子擴(kuò)散速率，降低電荷轉(zhuǎn)移電阻；減少放熱反應(yīng)，提升正極材料的熱穩(wěn)定性能；Al2O3與LiPF6反應(yīng)生成電解質(zhì)添加劑LiPO2F2，提升電池的循環(huán)性能和壽命；抑制Jahn-Teller效應(yīng)，提升電極的循環(huán)穩(wěn)定性。
Al2O3摻雜在正極材料中同樣地位超然，提高正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電化學(xué)性能和安全性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
提高電池容量：氧化鋁可以作為高容量負(fù)極電極材料使用，其鈉離子承載能力和電化學(xué)反應(yīng)活性高于傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料，從而有效提高電池的容量。
延長(zhǎng)電池壽命：在正極材料中添加氧化鋁可以有效抑制電池在循環(huán)過(guò)程中的“界面損耗”，減緩正極材料在充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化速度，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。
增強(qiáng)安全性：氧化鋁具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠防止電池過(guò)熱或爆炸等安全事故的發(fā)生，特別是在防止電池過(guò)充、過(guò)放等異常情況方面表現(xiàn)出色。
提高電池性能：作為正極材料的添加劑，氧化鋁能夠增加正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高電池的能量密度、使用壽命和續(xù)航能力。此外，氧化鋁還能提高鋰離子電池的電子傳導(dǎo)性和離子遷移性，增強(qiáng)放電和充電性能。
保護(hù)正極材料：氧化鋁涂層可以防止正極材料被氫氟酸降解，保護(hù)正極不發(fā)生降解，從而保持電池性能的穩(wěn)定。
促進(jìn)電池反應(yīng)：氧化鋁涂層能夠加快電池的充電速度，減少充放電次數(shù)，提高電池的反應(yīng)效率。
未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景：隨著鋰電池技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高。氧化鋁由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，預(yù)計(jì)將在鋰電池材料中發(fā)揮更加重要的作用。特別是在提高電池的安全性、循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性方面，氧化鋁的應(yīng)用前景廣闊。
