当今正处于新能源技术快速发展的时代潮流中，锂离子电池行业迅速发展，我国是锂离子电池的主要出口国，拥有像宁德时代、比亚迪、欣旺达等一批优秀企业，同时我国锂离子电池近年来出口量不断增多，行业处于上升时期，锂电池的发展备受关注。

2016-2020年中国锂离子电池出口量及金额变化趋势图

太阳能可以认为是取之不尽用之不竭的清洁能源。当前的太阳能工业主要有两大支柱产业：即太阳能热利用产业和太阳能光伏制造产业。其中光伏制造产业是世界上增长最快的高新技术产业之一，而太阳能光电利用是近年来发展最快，最具活力的研究领域，也是其中最受瞩目的项目之一。

2014-2019年中国太阳能电池产量变化图

锂离子电池以及太阳能电池已经出现在我们生活的各个角落中，氧化铝凭借其高强度、高模量、耐高温等优异性能广泛应用于各个领域，但是二者之间又有何关联呢，接下来让我们一起发现二者的“亲密”关系。

（一）氧化铝在锂离子电池中的使用

锂离子电池目前已在手机、数码相机、笔记本电脑等电子产品，以及电动自行车等领域得到了广泛应用，其有望在电动汽车、风能及太阳能等洁净能源的短期储能得到大规模应用，从而得到快速发展。

惠普锂离子笔记本电池

在锂离子电池各部分组成中，隔膜是关键的内部组件之一。隔膜吸收电解液后，可隔离正、负极，以防止短路，同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸。隔膜性能的好坏决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能，充放电电流密度等关键特性。

锂离子电池结构示意图

目前，商业化的锂离子电池用隔膜主要是以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为主的聚烯烃隔膜，包括单层PE、单层PP、三层PP/PE/PP复合膜。这类聚烯烃薄膜是一种热塑性材料，在温度高于玻璃化温度(130℃或150℃)的条件下具有收缩孔隙和自闭合功能，通过阻断电池内部的电流，来防止电池因过热发生热失控而导致爆炸，聚烯烃类薄膜是一种相对安全的隔膜材料。然而受到冲击、刺穿、短路等情况，电池内部的热量会迅速积聚，使电池局部温度快速达到聚烯烃薄膜的熔断温度，造成正负极直接接触而引发电池热失控，最终导致电池燃烧甚至爆炸。

锂电池隔膜

一般可以采用对锂离子电池隔膜进行表面改性的方法提升电池的安全性能，该方法主要是通过在电池隔膜上涂覆A1₂O₃陶瓷涂层，来改善固液界面的热稳定性及浸润性，从而进一步提高电池的循环性能及安全性能。如可以用聚烯烃类薄膜为基底，通过相转化将A1₂O₃与基底复合形成复合型陶瓷隔膜。当然也可以利用烧结的方法，直接将陶瓷材料制备成无机陶瓷隔膜。这两种方法制备出的隔膜耐热性能优于聚烯烃薄膜，进而对电池的安全性能有所提升。

有无陶瓷涂层电池隔膜对比图

除了对电池隔膜进行改变外，还可以在电极材料合成过程中采用纳米材料对其进行改性，提升其循环特性和安全性，如有不少研究者在正极材料LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄及LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂表面包覆各种氧化物如Al₂O₃等材料，改善材料结构稳定性，降低电池循环过程中的副反应及发热量，提高正极材料的电化学特性。如在锂离子电池充放电过程中，锂离子在正负极材料中反复嵌入与脱嵌，使普遍采用的正极活性材料LiCoO₂的结构在多次收缩和膨胀后发生改变，同时导致LiCoO₂发生层间松动而脱落，使内阻增大，导致电化学比容量减小。对此可以采用在LiCoO₂表面包覆一层氧化物A1₂O₃从而避免LiCoO₂与电解液直接接触，减少电化学比容量损失，改善其循环性能。

（二）氧化铝在晶体硅太阳能电池中的应用

当今的晶体硅光伏产业正朝着更薄、更高效的电池片方向发展，而当硅片的的厚度小于少数载流子的扩散长度时，电池表面的复合速率对电池效率的影响就会更加明显。硅材料中存在大量的杂质、缺陷密度和表面态，它们会在禁带间隙中引入多余的能级，成为少数载流子的复合中心，所以通过对晶体硅表面进行钝化降低硅材料表面活性，提高少数载流予的寿命，对提高电池效率意义重大。

晶体硅太阳能电池

目前高效率的实验室太阳能电池晶体硅表面的钝化工艺主要包括热氧化SiO₂、原子层沉积Al₂O₃，由于硅材料的体寿命对于高温过程具有敏感性，从而限制了热氧化SiO₂钝化工艺的应用。原子层沉积Al₂O₃的沉积温度低，且氧化铝薄膜具有优异的场效应钝化和化学钝化特性，同时氧化铝薄膜及其叠层具有良好的热稳定性，满足丝网印刷和高温烧结的传统工业太阳电池工艺的要求。

原子层沉积Al₂O₃薄膜图（图来源：苏州复纳电子科技有限公司）

在晶体硅太阳能电池中Al₂O₃钝化常用于发射极及背面局部扩散太阳能电池(PERL)和钝化发射极及钝化背面太阳能电池(PERC)两种结构。随着研究的深入和技术的不断进步，氧化铝钝化薄膜会取得更大的进展，并将在太阳电池工业生产中得到广泛的应用。

Al₂O₃钝化应用（a）PERL结构；（b）PREC结构

结论

安全性能是制约锂离子电池大型化发展的关键，我们可以采用涂敷氧化铝陶瓷涂层的方法，提高电池的电化学性能和安全性能。同样凭借氧化铝优异的场效应钝化特性和良好的化学钝化性质，可以通过原子层沉积的方法来改善太阳能电池的表面钝化质量，降低表面的复合速率，进而提高太阳能电池的转换效率。总之，氧化铝是提升锂离子电池安全性能，提高太阳能电池转换效率的绝佳帮手。

参考来源：

（1）太阳能电池的研究现状及发展趋势，都玲玲，沙莎。

（2）锂离子电池隔膜用超细氧化铝研制，孙兴波。

（3）氧化铝陶瓷涂层对锂离子电池性能影响的研究，彭争。

（4）负极氧化铝涂层对锂离子电池电性能的影响，侯敏，赵建伟，曹辉，刘婵，冯卫良。

（5）锂离子电池正极材料钻酸锂的氧化铝包覆研究，杨勤峰，高虹。

（6）原子层沉积氧化铝在光伏电池中的应用技术研究，仇洪波。

（7）氧化铝钝化在晶体硅太阳电池中的应用，吴大卫，贾锐，武德起，丁武昌，陈伟， 陈

晨，岳会会，刘新宇，陈宝钦。

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