勃姆石简介
勃姆石（Boehmite）又称软水铝石，分子式是γ-AlOOH（水合氧化铝），它和主要成分为α-AlO(OH) 的水铝石均是铝土矿的主要组成成分。1925年德国化学家约翰·勃姆（1895-1952）首先发现了γ-AlOOH，认为他是铝土矿的主要组成部分。1927年德拉帕兰特对普罗旺斯地区的莱博的铝土矿进行分析，证实了这一点，并将γ-AlOOH形成的矿石命名为勃姆石。
图一：勃姆石的结构图
勃姆石属于正交晶系，为正双轴晶体，具有层状结构，每单一结构层内，氧离子以立方密堆积排列在八面体的顶点，铝离子位于八面体的中央形成双层结构，氢氧根位于层状结构的表面上，层与层之间由氢键连接在一起。勃姆石分为天然与人工两种，天然的勃姆石存在于铝土矿中，经煅烧后可制备氧化铝粉体；人工合成的勃姆石纯度高、耐热度高，可作为催化剂的载体、锂电涂覆材料、无机阻燃剂、造纸填料等。
勃姆石的制备方法
勃姆石是热力学的亚稳相，高温下易脱水形成铝的氧化物。目前勃姆石的合成方法众多，主要包括酸法、碱法、碳化法、醇铝水解法、有机配合物水解法、水热法等。
2.1酸法是用碱从铝盐溶液中沉淀出一水合氧化铝。常用的铝盐有硝酸铝、氯化铝、硫酸铝等，也可将金属铝溶于酸，形成铝溶液，常用的沉淀剂是NaOH、KOH或Na2CO3等。
优点: 制备的γ-AlOOH，孔体积较大，孔分布较好。
缺点: 对原料铝盐的纯度要求很高，副产物如NH4+和NO3-容易除去，但是要完全除去其他阴离子则比较困难，特别是在使用A12(SO4)3时，残留的SO42-会进一步还原成H2S，影响产品质量。
2.2碱法用酸从铝酸盐(通常是偏铝酸钠)溶液中沉淀出一水合氧化铝。所用的酸分别是HCI、H2SO4、HNO3等强酸和CO2，NH4HCO3，NaHCO3等弱酸性物质。
优点: 原料比较便宜，成本较低，在制备偏铝酸钠的过程中可同时除去铁、铅等金属杂质。
缺点: 沉淀中的阳离子杂质Na+难以除去。在中和pH较高的条件下制得的勃姆石中常含有少量的碱。
2.3碳化法实际上是碱法制备勃姆石的方法之一，在NaAIO2溶液通入CO2进行沉淀。利用中间产物NaAIO2溶液及CO2废气作为反应原料，是成本最低的工艺路线。
优点: 通过控制碳化温度、碳化速度和终点PH值等条件可制得不同孔容和孔径的氧化铝，而且所制得的氧化铝还具有表面积大、纯度高抗腐蚀性好、催化活性高等优点。
2.4有机醇铝水解法是采用2-丁醇铝或异丙醇铝作为原料，将其溶于溶剂(水或有机溶剂)，在一定温度下水解得到勃姆石。
优点: 具有设备简单、工艺易于控制，得到的产品孔结构容易控制、比表面和纯度高，粉末均匀等优点。
2.5有机配合物水解法首先把A13+与具有配位能力的有机配体生成配合物，在强热的过程中，自由A13+被释放出来，释放出的自由离子随后水解，生成AIOOH。
2.6水热法制备勃姆石是利用三水铝石、拜耳石或无定形氧化铝水合物在高压釜中经高温和水蒸气的作用下制备，稳定条件范围是140~375℃，压力＜14MPa。工业上通常以三水铝石为原料制备纯度和结晶度很高的勃姆石。
目前涂覆用的勃姆石采用化学合成，其主要核心在于晶型转化。常见的制备工艺有：
勃姆石/超细氧化铝在锂电隔膜涂覆中应用
图三：锂电池结构示意图（图源自网络）
勃姆石主要应用于锂电电芯隔膜和极片的涂覆。涂覆在锂电池电芯隔膜上能够提高隔膜的耐热性，增强隔膜的抗刺穿性，提高锂电的安全性能；涂覆在锂电池的极片中，可避免正极材料极片分切过程中产生的毛刺刺穿隔膜，提高锂电池的安全性能，改良电池生产工艺，提高能量密度。此外，受益于磁性异物含量低、吸水率低、比重低、莫氏硬度低的特点，勃姆石还能有助于改善电池的倍率性能和循环性能，提升电芯的良品率，并减少电池在使用过程中的自放电，是提升锂电池安全可靠性的重要材料。
以勃姆石、氧化铝为主要涂覆材料的无机涂覆较以聚偏氟乙烯（PVDF）、芳纶为代表的有机涂覆和有机无机混合涂覆技术更加成熟，无机涂覆隔膜的可拉伸强度和热收缩率更好，下游客户已形成产业化应用。
表一：不同涂覆材料的特点和主要应用领域
A：勃姆石在锂电池隔膜中的应用具有的突出优势：
1）板状结构，涂层后有缝隙，不影响锂离子的穿透和隔膜的透气性。
2）磁性异物含量低，提升电芯的良品率，并减少锂电池在使用过程中的自放电，提高锂电池的安全性能。
3）具有足够的化学和电化学稳定性，不会被电解液腐蚀。
4）粒度分布窄，颗粒均匀，涂覆的均匀性好，隔膜上形成的锂离子通道均一，锂电池性能更好。
5）纯度高，热稳定性和化学稳定性越强，从而提升电芯的良品率。
6）硬度低，减少涂层材料对于机械的磨损。
7）比重低单位重量勃姆石可涂覆的面积大，降低锂电池隔膜涂覆的成本，减轻锂电池的重量，提高能量密度。
B：超细氧化铝在锂电池隔膜中的应用具有的突出优势：
1）电化学稳定性：超细氧化铝具有优异的电化学稳定性，能够抵御电池在极端条件下的化学反应，有助于延长电池的寿命。
2）离子传导性能：该材料具有较高的孔隙率和良好的电解液湿润性，这可以促进电解液在隔膜中的传输和扩散，从而提高锂离子的传导性能，增强电池的电化学性能。
3）双重功能实现：超细氧化铝既能够提供良好的隔离性，防止电解液中锂离子与阴极材料直接接触，又保持了较高的离子导电性，确保电池的高效充放电，这对于提高电池的能量密度、减小体积和提高功率密度都具有重要意义。
4）安全性提升：在锂电池中，超细氧化铝可以作为陶瓷涂覆隔膜的一部分，起到耐高温、绝缘的作用，有效防止因温度过高导致隔膜熔化而引发的短路问题，显著提高锂离子电池的耐高温性能和安全性。
5）导热性能：高纯氧化铝还具有非常优良的导热性能，当电池温度过高时，这种材料可以很好地进行热量传导，从而解决PP/PE材料导热性差的问题。
勃姆石/超细氧化铝市场简析
国内锂电池企业从2014年开始逐步导入使用勃姆石。2023年，中国锂离子电池隔膜出货量同比增长32.8%，达到176.9亿平米，其中湿法隔膜出货量达到129.4亿平米，干法隔膜出货量达到47.5亿平米。超细氧化铝在锂电池隔膜中的应用也具有显著优势，随着新能源汽车市场的快速发展，锂电池需求持续增长，这为超细氧化铝提供了巨大的市场空间。此外，高纯超细氧化铝微粉在催化剂领域、电子工业、建筑行业以及化工行业等领域也有广泛的应用，这些领域的需求增长也将推动超细氧化铝市场规模的扩大。
百图勃姆石/超细氧化铝产品
1）勃姆石产品
勃姆石形貌规整均匀，厚度均一，粒度窄，涂覆的均匀性好，隔膜上形成的通道均一，锂电池性能占优。以下分别为产品BBF-04\BBF-06\BBF-08\BBF-1X的电镜照片。
勃姆石产品主要指标：
2）超细氧化铝产品
我司超细氧化铝高纯度，粒径小且均匀，高硬度与耐磨性，耐高温和化学稳定性，低水分含量，锂电池性能占优。以下分别为我司产品YBA-03\YBA-05的电镜照片。
超细氧化铝产品的主要指标：
3）勃姆石的纯度高、晶相转化完整
我司勃姆石原料经过高温蒸煮，有效去除钠、钾离子，杂质含量低；产品在100-200℃无水解相峰出现，晶相转化率高达98%以上。化学稳定性和热稳定性高，提高电芯的良率。
4）磁性物含量低
我司勃姆石/超细氧化铝产品，在生产工艺中加强对磁性物处理，铁离子含量低于50ppm，能有效提高锂电安全性。
总结
综上所述，勃姆石和超细氧化铝作为锂电池涂覆材料，具有各自的特性和优缺点。勃姆石具有高安全性、良好的循环寿命和较低的自放电率等特点，但导电性较低、比容量相对较低和成本较高。而超细氧化铝具有良好的导电性、热稳定性和抗腐蚀性等特点，但能量密度较低和成本较高。因此，在实际应用中，需要根据具体的需求和成本考虑，选择适合的涂覆材料，以提高锂电池的性能和安全性。
