www.188betkr.com 讯氧化铝的最大用途是冶炼金属铝，是铝工业的原材料，同时它作为先进陶瓷、磨料、催化剂载体方面的“主角”在新能源、航空航天、环保、医疗等领域也发挥着十分关键的作用。
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此外，氧化铝还常常作为外添加材料犹如“营养品”来提高其他材料的性能，可谓是一种有“大补”的神奇材料。今天我们来看一下氧化铝作为添加材料时的神奇效果。
01.让锂电池更强更安全
在严峻的能源危机及全球变暖的背景下，锂离子电池被视为一根解决储能和环境问题的救命稻草。目前锂离子电池已经在便携式设备、智能穿戴设备和电动汽车（EV、HEV）等众多领域被广泛应用。
锂离子电池是由正极、负极、隔膜、电解液构成的，为了提高锂电池容量、充放电、安全等性能，人们试图最大限度地优化其各个环节。氧化铝材料由于其耐高温、耐腐蚀和绝缘的特性，被广泛应用于锂电正负极、隔膜、电解液、固态电解质中，并起到很好的效果。
正极
在锂离子电池正极材料中，Al2O3表面涂覆可以有效地提高正极材料的容量保持率、长循环性以及热稳定性。Al2O3表面涂层对正极材料性能的积极影响可能包括：作为一种氟化氢清除剂，清除电解质溶液的中的HF，抑制正极材料中过渡金属的溶解；在正极材料表面形成一层物理保护屏障，抑制正极材料和非水电解质之间发生不必要的副反应；在正极材料表面形成锂化氧化铝，提高锂离子扩散速率，降低电荷转移电阻；减少放热反应，提升正极材料的热稳定性能；Al2O3与LiPF6反应生成电解质添加剂LiPO2F2，提升电池的循环性能和寿命；抑制Jahn-Teller效应，提升电极的循环稳定性。
隔膜
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。采用高纯氧化铝均匀涂覆工艺，制备复合陶瓷涂层锂电池隔膜，可以起到调节隔膜孔隙的作用，大大提高锂电池的安全性能，从而为大功率锂电池高能量密度且安全可靠充放电提供了可能。此外，隔膜的机械强度也得到明显提升。
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负极
氧化铝不仅可以涂覆在隔膜上，还可以在负极表面涂覆。侯敏等、张沿江等研究发现涂覆氧化铝涂层提高了负极界面的稳定性，减少了活性锂的损失，提高锂离子电池的荷电保持能力和循环性能。在针刺测试过程中，负极表面涂层能够降低正负极短路的严重程度。陶瓷涂层电池在针刺时的峰值温度为123.1℃，电池略微鼓胀，没有发生爆炸；而非陶瓷涂层电池在针刺时的峰值温度为410℃，并伴随冒烟和爆炸。
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电解液
锂离子电池的性能很大程度上受电解液性质的影响，不同体系电解液应用于不同功能的锂离子电池中。在电解液中添加一定量的非储能物质，可以提高电解液的导电性能、电池的充放电性能、放电效率、使用寿命以及安全性能。有研究发现，在电解液中添加一定量的氧化铝粉体可以有效提高电解液的电导率，减小电荷传递电阻，提高锂离子电池的电化学性能。
固态电解质
在石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)固体电解质方面，组装含有5%质量分数Al2O3固体电解质的全电池，循环200次后的容量保持率由未含Al2O3的82.3%提升到91.4%。聚合物电解质中的高比表面Al2O3纳米颗粒可以吸收残留杂质和电解质的分解产物，从而提高电极界面稳定性和锂离子迁移可逆性。
02.氧化铝增强陶瓷材料，实现强韧结合
氧化铝本身就是一种性能优异的陶瓷材料，而将氧化铝作为辅料加入其他陶瓷材料往往也可以使材料的性能得到极大的提高。
代表性的如将氧化铝掺入氧化锆中制备出氧化铝增强氧化锆陶瓷（ATZ陶瓷）。
纯氧化锆会产生四方相至单斜相的转变，这种具有变温、无扩散、切变的马氏体相变使得四方相转变为单斜相的过程中伴随3~5%的体积膨胀和7~8%的剪切应变，这种体积变化和切变通过改变基体中的应力分布，由此对裂纹的产生和扩展有抑制作用，从而具有增韧效果。然而也因相变会产生体积膨胀这一特点，使得烧成的陶瓷制品在从高温冷却至室温的过程中产生开裂，使得纯ZrO2很难被制成构件使用，因此需要添加氧化钇和氧化钙等稳定剂，能将高温的介稳四方相稳定至室温，而后才能被得到广泛的应用。
氧化锆三种晶体结构及转变
然而，通过调节稳定剂含量起到的相变增韧作用十分有限，科学家提出通过加入第二相物质来提高陶瓷材料的强度和韧性的方法成为了主流。
Al2O3具有高硬度、高弹性模量等优良特性，与ZrO2之间也具有良好的化学和物理相容性，因此在ZrO2陶瓷基体中加入Al2O3，相互之间可取长补短，得到的Al2O3/ZrO2复合陶瓷就结合了氧化锆和氧化铝的优点，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、高韧性的特点，另外还提升了氧化锆陶瓷的抗老化性能，得到许多研究者的关注，成为陶瓷材料领域研究的热点之一。
法国Nanoe的ATZ陶瓷产品：定位销
不止氧化锆陶瓷，氧化铝作为第二相添加材料对碳化硅等其他材料的性能也有很大的提高，即使在同类材料方面，常规Al2O3陶瓷中添加5%的纳米级Al2O3粉体，也可改善韧性，降低烧结温度。
03.让聚合物的散热性能脱胎换骨
在新能源汽车以及储能领域，随着电池的能量密度越来越高，对散热的要求也越来越高，高温会对电池的性能和可靠性带来不利影响，甚至会引发安全性问题。在消费电子和 5G 网络通信等领域，随着电子产品性能越来越强大，内部元器件集成度和组装密度的提高将导致其工作功耗和发热量不断增大，电子产品发热散热问题日益突出，高温会对电子产品的性能与可靠性产生不利影响，甚至引发热失效问题，从而引起整个电子产品的故障。
目前，普遍使用具有高导热率的导热材料作为热界面材料和封装材料来及时将热量导出，从而保障电子元器件的正常运行。聚合物基材料由于其密度低、耐腐蚀、成本低、成型加工简便，在热界面材料和封装材料中用量最大、发展最快。但是聚合物材料最大的缺点就是导热性能很差，聚合物本身是热的不良导体，导热率都很低，一般都在 0.1-0.5W/（m·K）之间，如此低的热导率完全不符合要求。于是，人们想到将高导热填料加入聚合物基体中，以提高聚合物的导热率。
其中，氧化铝具有较低的成本及较高电阻率而经常被选为填料加入到聚合物基体中，可大幅提高材料的导热性能，是当前最常用的一类无机导热填料。
小结
氧化铝作为一种多功能的“补强”材料，在锂电池、先进陶瓷和高分子复合材料中发挥着不可替代的作用。其优异的物理化学性能，为多个领域的技术突破提供了关键支撑。未来，随着材料科学的深入发展，氧化铝的应用前景将更加广阔，持续推动产业创新与升级。
参考来源：
[1]黄雪娟.Al2O3/ZrO2复合陶瓷的显微结构 及力学性能研究
[2]www.188betkr.com
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