中國粉體網訊 氧化鋯是鋯的主要氧化物，通常狀況下為白色無臭無味晶體，難溶于水、鹽酸和稀硫酸。它化學性質不活潑，且具有高熔點、高硬度、高折射率和低熱膨脹系數的性質，使它成為一種極其重要的耐高溫材料和陶瓷材料。
圖片來源：蘇州優(yōu)鋯納米材料有限公司
近年來，隨著鋰電池的飛速發(fā)展以及對固體氧化物燃料電池研究的不斷深入，氧化鋯在電池中的應用潛力不斷被開發(fā)出來，在電池的三大系統(tǒng)電解質、電極材料、隔膜材料中均扮演重要角色。
電解質
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效清潔的能量轉換體系，它可將燃料氣體和氧化氣體的化學能直接轉換成電能，并具有發(fā)電效率高，啟動時間短，應答速度快，體積小，污染低，易于組裝和維護等優(yōu)點，被譽為繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和核能發(fā)電之后的一種高效、節(jié)能、環(huán)保型發(fā)電技術。SOFC的開發(fā)與應用已成為當前新材料和新能源領域的一個研究熱點。
在SOFC中，電解質的選擇和制備是最重要的環(huán)節(jié)之一。SOFC要求電解質具有高的離子電導率(≥0.1S/cm)，低的電子遷移數(<10-3)，與電極材料、氧和燃氣保持化學穩(wěn)定，在一個較寬的溫度和氧分壓范圍內保持熱力學穩(wěn)定，與其它電池組件在熱膨脹系數上匹配，具有良好的氣密性以及適宜的力學性能等。這些性能要求限制了電解質材料的選擇范圍，目前只能限于以氧化物為基體的陶瓷材料。
立方相的氧化鋯具有良好的高溫氧離子傳輸性能，在SOFC中可作為固體電解質材料使用。氧化鋯基電解質屬于高溫電解質，而高的操作溫度易引起電極燒結、電池組件材料在界面處的相互擴散、熱膨脹失配、性能的快速老化等問題。減小電解質的厚度能夠降低電池的歐姆損耗，因此使用氧化鋯基電解質薄膜是降低電池操作溫度而保持高性能的有效途徑。
正極材料添加劑
近幾年，納米氧化鋯作為添加劑被用于三元材料（即鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O2），鈷酸鋰（LiCoO2），錳酸鋰（LiMn2O4）等鋰電池正極材料，可顯著提高電池的循環(huán)性能，倍率性能等，受到產學研各方面的重視。
經研究發(fā)現，ZrO2摻雜后的電極材料放電比容量都明顯提高，這可能與ZrO2摻雜后材料的粒徑變小相關，顆粒尺寸變小后在充放電過程中材料的脫嵌更加容易，所以摻雜后材料的放電比容量上升。隨著充放電的進行，一定量的摻雜離子Zr4+還可能遷移到電極表面并形成固溶體，防止了由于充放電期間各向異性結構變化引起的結構坍塌，同時固溶體還充當保護涂層防止了鈷溶解到電解質中，因此，材料結構在循環(huán)過程的相變期間變得非常穩(wěn)定，循環(huán)穩(wěn)定性增強。
此外，在鎳氫電池正極中加入ZrO2可以抑制高溫下正極容量的下降，且隨著ZrO2含量的增加，電極的高溫性能也有所提高，進而提高電池在高溫下的充電效率。
隔膜材料
隔膜作為鋰離子電池的重要組件，占整個電池成本的30％左右。隔膜的主要作用是將電池的正極和負極分隔以及對電子絕緣，防止正負極直接接觸或發(fā)生電子傳導導致電池發(fā)生短路。其次，隔膜能夠允許鋰離子自由通過從而完成電池的充放電。因此，隔膜不僅影響電池的放電性能和電池容量，更與鋰離子電池的安全性能有密切的關系。除此之外，隔膜還具有自關閉效應，在溫度升高和電流過大時，能夠在一定程度上保護電池，不會發(fā)生火災或者爆炸等安全事故。
氧化鋯纖維能夠有效提高隔膜的熱穩(wěn)定性和對電解液的浸潤性，增強電池的安全性能和放電性能。王增昊采用抄造紙技術制備了氧化鋯纖維和PVDF復合的纖維紙用于鋰離子電池隔膜，發(fā)現ZrO2／PVDF纖維紙具有豐富的孔隙。
參考來源：
[1]王增昊.氧化鋯纖維紙的制備及其在電池隔膜上的應用研究
[2]黃曉巍等.氧化鋯基固體電解質的研究進展
[3]王輝.鋰離子電池高鎳三元正極材料的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2合成及改性研究
[4]歐陽靜等.氧化鋯(ZrO2)的電、光性質與應用
（中國粉體網編輯整理/山川）
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