Back to Blog

Высокочистый оксид алюминия (HPA) для покрытия сепараторов литий-ионных батарей: 4N (99,99%) против 5N (99,999%) Al2O3

---

Высокочистый оксид алюминия (HPA, не менее 99,99% Al2O3) является одним из самых быстрорастущих специальных материалов в цепочке поставок литий-ионных батарей. Применяемый в качестве тонкого покрытия на полиэтиленовом сепараторе, HPA позволяет батареям безопасно работать при более высоких температурах и с более высокой плотностью энергии: два из самых насущных требований в приложениях для электромобилей и хранения энергии.

чистота кальцинированного и табулярного оксида алюминия Прогнозируется, что рынок HPA вырастет с 50 000 тонн в год в настоящее время до более чем 200 000 тонн в год к 2030 году, в основном за счет внедрения электромобилей. В Aluminaworld мы поставляем HPA для аккумуляторов (4N класс, 99,99% чистоты) с 2022 года, а 5N класс (99,999%) — с конца 2024 года.

В этой статье объясняется, что означают 4N и 5N, как процесс производства влияет на стоимость и качество, и какой класс подходит для вашего конкретного применения в батареях.

1. Что означают 4N и 5N: Объяснение классов чистоты Обозначение N означает количество девяток в чистоте. 4N = 99,99% (один атом примеси на 10 000 атомов Al); 5N = 99,999% (один на 100 000). Для HPA примеси, вызывающие беспокойство, включают:

ЭлементПредел 4N (ppm)Предел 5N (ppm)Feне более 10не более 2Siне более 15не более 3Naне более 10не более 2Caне более 5не более 1Cuне более 3не более 1Прочие (всего)не более 57не более 8 Железо и медь особенно проблематичны в литиевых батареях: они растворяются в электролите и мигрируют к катоду, ускоряя снижение емкости. Натрий и кальций вызывают нежелательные побочные реакции на границе раздела анода.

2. Как производится HPA: Пути гидроксида алюминия и металлического алюминия Существуют два основных производственных пути с очень разной экономикой:

Путь 1: Переработка гидроксида алюминия Промышленный гидроксид алюминия (Al(OH)3, чистота около 99,5%) растворяется в высокочистой кислоте, многократно перекристаллизовывается для удаления примесей, а затем кальцинируется до альфа-оксида алюминия. Капитальные затраты: умеренные. Операционные затраты: низкие. Достижимая чистота: до 5N. Время производства: 7-14 дней.

Путь 2: Гидролиз металлического алюминия Высокочистый металлический алюминий (99,99%+ ) растворяется в воде или спирте, гидролизуется до гидроксида алюминия, а затем кальцинируется. Капитальные затраты: высокие. Операционные затраты: высокие. Достижимая чистота: 5N до 6N. Время производства: 14-21 день. Конечный продукт имеет более высокую плотность, но дороже.

Сравнение затрат 4N HPA через гидроксидный путь: $15-$25 за кг 5N HPA через гидроксидный путь: $30-$50 за кг 5N HPA через путь металлического Al: $50-$80 за кг 6N HPA (специальный): $200+ за кг

3. Выбор между 4N и 5N для покрытия сепаратора батареи Для батарей бытовой электроники (ноутбук, телефон, внешний аккумулятор) 4N HPA достаточно. Плотность энергии умеренная, рабочие температуры контролируются, а толщина покрытия сепаратора обычно составляет 2-4 микрометра. Уровни примесей в 4N HPA не оказывают измеримого влияния на срок службы цикла в этих приложениях.

Для аккумуляторов электромобилей 5N HPA является отраслевым стандартом. Аккумуляторы электромобилей работают при более высоких температурах, быстрее заряжаются/разряжаются и должны служить 8-10 лет. Более низкий уровень примесей в 5N HPA увеличивает срок службы цикла на 15-25% в ускоренных испытаниях на старение. Большинство производителей электромобилей (CATL, BYD, LG, Panasonic) указывают 5N HPA в своих покрытиях сепараторов.

Для систем хранения энергии (стационарные батареи) 4N HPA часто достаточно, потому что требования к сроку службы цикла менее строгие, чем у электромобилей. Однако большие габариты и более длительные сроки эксплуатации (15-20 лет) означают, что многие производители ESS переходят на 5N HPA для обеспечения безопасности.

Размер частиц и морфология Помимо чистоты, важен размер частиц. Большинство рецептур покрытия сепаратора используют HPA с D50 от 0,5 до 2 микрометров и узким распределением частиц по размерам (D90/D10 ниже 3). Наш 5N-HPA-S класс имеет D50 1,2 микрометра и D90 3,0 микрометра, что является наиболее распространенной спецификацией, запрашиваемой азиатскими производителями аккумуляторов.

Если вы оцениваете HPA для новой конструкции батареи, наша инженерная команда может предоставить образцы как 4N, так и 5N классов и помочь вам интерпретировать данные ваших испытаний ячеек. Мы также предлагаем индивидуальные размеры частиц от 0,3 до 5 микрометров для конкретных требований к покрытию.

Часто задаваемые вопросы