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鄒小姐：13326633089 -
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當今正處于新能源技術快速發展的時代潮流中，鋰離子電池行業迅速發展，我國是鋰離子電池的主要出口國，擁有像寧德時代、比亞迪、欣旺達等一批優秀企業，同時我國鋰離子電池近年來出口量不斷增多，行業處于上升時期，鋰電池的發展備受關注。
2016-2020年中國鋰離子電池出口量及金額變化趨勢圖
太陽能可以認為是取之不盡用之不竭的清潔能源。當前的太陽能工業主要有兩大支柱產業：即太陽能熱利用產業和太陽能光伏制造產業。其中光伏制造產業是世界上增長最快的高新技術產業之一，而太陽能光電利用是近年來發展最快，最具活力的研究領域，也是其中最受矚目的項目之一。
2014-2019年中國太陽能電池產量變化圖
鋰離子電池以及太陽能電池已經出現在我們生活的各個角落中，氧化鋁憑借其高強度、高模量、耐高溫等優異性能廣泛應用于各個領域，但是二者之間又有何關聯呢，接下來讓我們一起發現二者的“親密”關系。
（一）氧化鋁在鋰離子電池中的使用
鋰離子電池目前已在手機、數碼相機、筆記本電腦等電子產品，以及電動自行車等領域得到了廣泛應用，其有望在電動汽車、風能及太陽能等潔凈能源的短期儲能得到大規模應用，從而得到快速發展。
惠普鋰離子筆記本電池
在鋰離子電池各部分組成中，隔膜是關鍵的內部組件之一。隔膜吸收電解液后，可隔離正、負極，以防止短路，同時允許鋰離子的傳導。在過度充電或者溫度升高時，隔膜通過閉孔來阻隔電流傳導，防止爆炸。隔膜性能的好壞決定電池的界面結構和內阻，進而影響電池的容量、循環性能，充放電電流密度等關鍵特性。
鋰離子電池結構示意圖
目前，商業化的鋰離子電池用隔膜主要是以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)為主的聚烯烴隔膜，包括單層PE、單層PP、三層PP/PE/PP復合膜。這類聚烯烴薄膜是一種熱塑性材料，在溫度高于玻璃化溫度(130℃或150℃)的條件下具有收縮孔隙和自閉合功能，通過阻斷電池內部的電流，來防止電池因過熱發生熱失控而導致爆炸，聚烯烴類薄膜是一種相對安全的隔膜材料。然而受到沖擊、刺穿、短路等情況，電池內部的熱量會迅速積聚，使電池局部溫度快速達到聚烯烴薄膜的熔斷溫度，造成正負極直接接觸而引發電池熱失控，最終導致電池燃燒甚至爆炸。
鋰電池隔膜
一般可以采用對鋰離子電池隔膜進行表面改性的方法提升電池的安全性能，該方法主要是通過在電池隔膜上涂覆A12O3陶瓷涂層，來改善固液界面的熱穩定性及浸潤性，從而進一步提高電池的循環性能及安全性能。如可以用聚烯烴類薄膜為基底，通過相轉化將A12O3與基底復合形成復合型陶瓷隔膜。當然也可以利用燒結的方法，直接將陶瓷材料制備成無機陶瓷隔膜。這兩種方法制備出的隔膜耐熱性能優于聚烯烴薄膜，進而對電池的安全性能有所提升。
有無陶瓷涂層電池隔膜對比圖
除了對電池隔膜進行改變外，還可以在電極材料合成過程中采用納米材料對其進行改性，提升其循環特性和安全性，如有不少研究者在正極材料LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4及LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2表面包覆各種氧化物如Al2O3等材料，改善材料結構穩定性，降低電池循環過程中的副反應及發熱量，提高正極材料的電化學特性。如在鋰離子電池充放電過程中，鋰離子在正負極材料中反復嵌入與脫嵌，使普遍采用的正極活性材料LiCoO2的結構在多次收縮和膨脹后發生改變，同時導致LiCoO2發生層間松動而脫落，使內阻增大，導致電化學比容量減小。對此可以采用在LiCoO2表面包覆一層氧化物A12O3從而避免LiCoO2與電解液直接接觸，減少電化學比容量損失，改善其循環性能。
（二）氧化鋁在晶體硅太陽能電池中的應用
當今的晶體硅光伏產業正朝著更薄、更高效的電池片方向發展，而當硅片的的厚度小于少數載流子的擴散長度時，電池表面的復合速率對電池效率的影響就會更加明顯。硅材料中存在大量的雜質、缺陷密度和表面態，它們會在禁帶間隙中引入多余的能級，成為少數載流子的復合中心，所以通過對晶體硅表面進行鈍化降低硅材料表面活性，提高少數載流予的壽命，對提高電池效率意義重大。
晶體硅太陽能電池
目前高效率的實驗室太陽能電池晶體硅表面的鈍化工藝主要包括熱氧化SiO2、原子層沉積Al2O3，由于硅材料的體壽命對于高溫過程具有敏感性，從而限制了熱氧化SiO2鈍化工藝的應用。原子層沉積Al2O3的沉積溫度低，且氧化鋁薄膜具有優異的場效應鈍化和化學鈍化特性，同時氧化鋁薄膜及其疊層具有良好的熱穩定性，滿足絲網印刷和高溫燒結的傳統工業太陽電池工藝的要求。
原子層沉積Al2O3薄膜圖（圖來源：蘇州復納電子科技有限公司）
在晶體硅太陽能電池中Al2O3鈍化常用于發射極及背面局部擴散太陽能電池(PERL)和鈍化發射極及鈍化背面太陽能電池(PERC)兩種結構。隨著研究的深入和技術的不斷進步，氧化鋁鈍化薄膜會取得更大的進展，并將在太陽電池工業生產中得到廣泛的應用。
Al2O3鈍化應用（a）PERL結構；（b）PREC結構
結論
安全性能是制約鋰離子電池大型化發展的關鍵，我們可以采用涂敷氧化鋁陶瓷涂層的方法，提高電池的電化學性能和安全性能。同樣憑借氧化鋁優異的場效應鈍化特性和良好的化學鈍化性質，可以通過原子層沉積的方法來改善太陽能電池的表面鈍化質量，降低表面的復合速率，進而提高太陽能電池的轉換效率。總之，氧化鋁是提升鋰離子電池安全性能，提高太陽能電池轉換效率的絕佳幫手。
參考來源：
（1）太陽能電池的研究現狀及發展趨勢，都玲玲，沙莎。
（2）鋰離子電池隔膜用超細氧化鋁研制，孫興波。
（3）氧化鋁陶瓷涂層對鋰離子電池性能影響的研究，彭爭。
（4）負極氧化鋁涂層對鋰離子電池電性能的影響，侯敏，趙建偉，曹輝，劉嬋，馮衛良。
（5）鋰離子電池正極材料鉆酸鋰的氧化鋁包覆研究，楊勤峰，高虹。
（6）原子層沉積氧化鋁在光伏電池中的應用技術研究，仇洪波。
（7）氧化鋁鈍化在晶體硅太陽電池中的應用，吳大衛，賈銳，武德起，丁武昌，陳偉， 陳
晨，岳會會，劉新宇，陳寶欽。
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