电池专用纳米氧化锆ZrO2：三元正极填料的革新力量

来源：广州宏武材料科技有限公司     发布时间：2025-05-27浏览量：次

在全球能源转型的浪潮中，新能源电池技术的创新成为推动绿色产业革命的核心驱动力。三元锂电池凭借其高能量密度和长续航能力，成为新能源汽车的主要动力来源。然而，其高镍正极材料在高温环境下容易出现结构坍塌，导致循环寿命缩短和热失控风险增加，这一问题亟待解决。纳米氧化锆，作为一种具有独特物理化学性质的功能材料，正为三元锂电池正极性能的提升带来新的解决方案。

纳米氧化锆（ZrO₂）呈现出白色重质无定型粉末状，无味，在自然界中主要以单斜相的结构存在于斜锆石（ZrO₂）和锆英石（ZrSiO₄）中。它具备一系列优异的特性，如不导电、不导磁、耐磨、耐高温、耐腐蚀等，其抗热冲击性和热稳定性也十分出色。此外，纳米氧化锆还具有纳米颗粒尺寸细、粒度分布均匀、无硬团聚以及良好的球形度等微观结构特点，这些特性使其在新能源电池领域展现出巨大的应用潜力。

在三元锂电池正极材料中，纳米氧化锆主要通过掺杂的方式发挥作用。通过将纳米氧化锆掺杂到镍钴锰酸锂（Li (NiCoMn) O₂）等三元正极材料中，可以显著提升电池的多种性能。

从结构稳定性方面来看，纳米氧化锆具有较高的热导率和化学稳定性，这有助于提高正极材料的热传导性能和抗腐蚀能力。在高温环境下，电池内部的化学反应加剧，容易导致正极材料的极化和衰减，而纳米氧化锆的存在可以有效减少这些现象的发生，从而提高电池的稳定性。同时，纳米氧化锆的粒子尺寸极小，能够填充到三元材料锂电池正极的晶格中，增加正极材料的晶格稳定性。在电池充放电过程中，正极材料的结构完整性对于电池的循环寿命至关重要，纳米氧化锆的填充作用有助于保持正极材料的结构稳定，防止其在反复的充放电过程中发生坍塌和变形，从而延长电池的循环寿命。

在电化学性能提升上，纳米氧化锆的添加对电极与电解质之间的界面接触有着积极的优化作用。它能够减少电极的内阻，提高电荷传输的速率，使得电池在高电流下能够快速充放电，进而提高电池的功率输出能力。研究表明，ZrO₂掺杂后的三元材料锂电池正极材料，其放电比容量有所增加。这主要是因为纳米氧化锆掺杂后，材料的粒径变小，使得锂离子在充放电过程中的脱嵌更加容易，从而提高了材料的电化学活性。具体而言，纳米氧化锆的加入优化了三元材料锂电池正极的结构，为更多的活性物质参与电化学反应提供了条件，进而提高了电池的比容量和比能量。同时，纳米氧化锆还能够抑制正极材料在循环过程中的锂离子损失，保持材料的可逆性，进一步改善电池的循环稳定性。此外，纳米氧化锆的高离子导电性能能够加快锂离子在正极材料中的扩散速率，减少电池的极化现象，显著提升电池的倍率性能，使电池能够在更短的时间内完成充放电过程，提高工作效率。