眾所周知，鋰離子電池是由四種主要材料構(gòu)成的，即正極材料、負(fù)極材料、隔膜以及電解液。近些年來，鋰離子電池經(jīng)過了快速的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，技術(shù)進(jìn)步到達(dá)了一定的瓶頸。目前，高能量密度、長循環(huán)壽命和高安全性能的鋰離子電池依舊是各國關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。但是鋰離子電池是一個矛盾的綜合體，在安全性、長壽命、高能量需要做到綜合考慮。例如，在擁有高能量的同時，鋰電池的穩(wěn)定性就受到一定的挑戰(zhàn)。正極材料使用NCM811或NCA時，電池能量密度可以達(dá)到很高，但是也更加危險。在鋰電池幾大關(guān)鍵性能中，安全性是最不能忽視的，可以說只有做到安全，才能讓使用者更放心。
陶瓷隔膜目前已廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中，以提高電池的安全性能和使用壽命，降低自放電率。經(jīng)過充分的試驗驗證，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。
在負(fù)極極片上涂覆陶瓷以提高鋰離子電池的安全性已經(jīng)被很多廠家采用。陶瓷粉體是納米化的氧化鋁顆粒。納米氧化鋁是具有重要應(yīng)用價值和發(fā)展前景的特種功能納米材料之一，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)。
陶瓷粉可以和CMC、SBR等按一定比例配置，用去離子水制成膠液，涂覆在負(fù)極表面。涂覆有陶瓷粉末的負(fù)極片與正常的負(fù)極片相比，視野中可以看見無數(shù)的納米氧化鋁顆粒，而正常的負(fù)極片表面則是典型的石墨片狀形貌，如圖1所示。
圖1. 未涂陶瓷層的極片SEM（a）和涂有陶瓷粉末的極片SEM（b）
簡單來說，負(fù)極表面涂覆氧化鋁涂層，是利用了氧化鋁粉末的熱穩(wěn)定性和絕緣性?？梢灶A(yù)見，鋰離子電池的容量只與正負(fù)極材料相關(guān)，而與是否涂覆有陶瓷涂層無關(guān)。那么，陶瓷涂層的使用對鋰離子電池哪些性能有影響呢？
（1）內(nèi)阻
由于氧化鋁粉末是不導(dǎo)電的，涂有氧化鋁粉末后，一方面降低了鋰離子電池的自放電情況，另一方面阻礙了負(fù)極極片內(nèi)部電子傳輸，導(dǎo)致鋰電池內(nèi)阻增大。鋰電池內(nèi)阻的增大也是我們不想看見的，內(nèi)阻越大鋰電池在充放電使用過程中就會發(fā)熱量越大，對其性能有重要影響。所以在實際生產(chǎn)過程中，為了降低鋰電池內(nèi)阻，可以降低陶瓷涂層涂覆厚度來實現(xiàn)。
（2）循環(huán)壽命
先說結(jié)論，涂有陶瓷涂層的電池循環(huán)壽命要好于未涂陶瓷涂層的電池。大家都知道，鋰離子電池負(fù)極采用石墨時，首次充放電時會在石墨表面形成SEI，這是一種固態(tài)電解質(zhì)膜，是由于電子和電解液、鋰離子反應(yīng)形成的。這也是鋰電池首次效率的來源，即SEI的形成是一種消耗活性鋰離子的過程。實際上，在鋰離子電池充放電過程中，尤其是隨著循環(huán)次數(shù)的增多，SEI會不斷的被破壞和重建，SEI的厚度也會不斷地增厚，重復(fù)消耗電池中的活性鋰離子，導(dǎo)致鋰電池容量逐步降低。
同時，SEI厚度的增大可能會影響鋰離子的嵌入，導(dǎo)致在負(fù)極表面析出，形成鋰枝晶造成鋰電池短路。在負(fù)極表面涂上一層陶瓷粉末，或許能夠有效阻擋負(fù)極SEI 膜的增長，從而減小鋰離子在電池循環(huán)使用過程中的損失。另外，電解液在電池循環(huán)過程中也會不斷分解，而陶瓷涂層具有一定的吸液能力，從而可以提高電解液長期充放電循環(huán)時的容量保持率。
（3）鋰電池自放電
鋰離子自放電性能好壞對電池成組后的一致性有重要影響，電池模組具有典型的水桶效應(yīng)，如果其中一塊電池失效，那么會影響到整個模組的性能。所以，電池生產(chǎn)完成后需要經(jīng)過一定天數(shù)的擱置，以此來挑選壓降一致性良好的電池。在鋰電池擱置過程中，生產(chǎn)過程中的一些問題會慢慢凸顯出來，例如電極表面缺陷、正負(fù)極極片邊緣毛刺、隔膜情況、封裝不良、焊接不良、環(huán)境溫濕度等。
試驗發(fā)現(xiàn)，負(fù)極涂有陶瓷涂層的電池荷電保持能力更強(qiáng)，這是因為在負(fù)極表面涂上一層陶瓷，其實等同于使用陶瓷涂層隔膜了，更加穩(wěn)定了，可以有效減少內(nèi)短路的出現(xiàn)，減少鋰電池自放電現(xiàn)象。
（4）安全性
無論是負(fù)極表面涂陶瓷還是采用陶瓷隔膜，對鋰離子電池最重要的意義就是提高鋰電池的安全性。在一次次電動車起火燃燒的事故中，燒掉的也是消費(fèi)者對電動車的信賴，對整個行業(yè)的發(fā)展是極為不利的，鋰電池企業(yè)必須要把安全性放在首位。
負(fù)極表面涂有陶瓷粉末的電池安全性更高，在鋰電池安全性強(qiáng)制檢驗項中，擠壓針刺短路挑戰(zhàn)是很大的，擠壓針刺屬于濫用測試。例如在針刺試驗中，針扎入電池內(nèi)部后，相當(dāng)于正負(fù)極內(nèi)部導(dǎo)通，瞬間會產(chǎn)生極大的電流，形成大量的熱量，同時會引起電解液分解產(chǎn)熱、正極材料結(jié)構(gòu)分解坍塌放熱，當(dāng)熱量無法釋放時就會冒煙、起火燃燒甚至爆炸。正如前文所述氧化鋁陶瓷涂層具有較好的熱穩(wěn)定性，在負(fù)極表面涂覆陶瓷涂層能夠延緩針刺過程中熱量的急劇增大，從而延緩電解液的受熱分解，避免短時間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體而使電池爆炸。
因此，陶瓷涂層在負(fù)極極片上的使用可以有效提高鋰離子電池的安全性。當(dāng)然，鋰離子電池安全性的提高，需要從多方面來做好控制工作，包括鋰電池原材料、電芯設(shè)計、工藝方法、生產(chǎn)過程控制、環(huán)境控制等等。
