随着近年电池技术迭代升级,氧化锆快速从传统结构陶瓷领域出圈,踏入高端电池应用的前沿门槛。日本第一稀元素化学工业株式会社(DKK)是全球顶尖的锆化合物制造商,其较早推出了固体氧化物燃料电池(SOFC)用的氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)电解质,其后还开发出用于固态电池的石榴石型固体电解质(如LLZO,锂镧锆氧)等陶瓷粉体。2024年底,DKK又推出一种新型氧化锆粉体材料DKZ-366,结合去年的企业年报和已公开的产品数据,本文围绕其具体应用——锂离子电池正极添加剂展开聊聊。
一、正极添加剂的关键信息


DKZ-366典型参数及SEM
氧化锆粉体作为正极添加剂的作用是降低正极材料退化,减少电解液对电极的分解,从而提升电池安全性和循环寿命(据纽扣电池实验结果,约40%寿命提升)。氧化锆的化学惰性可抑制电解液和正极活性物质的副反应,同时一定程度键合正极金属离子,降低溶出。
DKK虽然没有披露其“独有粉体控制技术”的细节,但却解释了应用时追求达到“高分散性,通过更细、更均匀的颗粒提高正极保护效果”。通过以上典型参数,不难得出结论,DKZ-366其实是一种“高纯度、微细化、粒径均匀、高分散、极低金属杂质”的高工程设计水平的氧化锆粉体。
笔者注:在纽扣电池(coin-cell)实验中,把添加氧化锆添加剂的正极材料(比如高镍三元材料NCM)涂在铝箔上做成正极片,另一侧使用金属锂片作为对电极(负极)。因为金属锂的容量极大,所以电池容量的瓶颈完全取决于正极材料,这样就能精准测出DKZ-366对正极保护效果的好坏,排除了负极性能波动的干扰。
二、DKZ-366的重要制备技术
DKK是全球极少数能同时掌握干法和湿法两条路线生产氧化锆的企业,所谓干法国内通常称之为“电熔法”,将锆英砂等原料在电炉中加热至2000℃以上的高温熔融,再经冷却、粗碎、研磨和精密分级获得不同粒径的粉末。特点是效率高、成本低,常用于耐火材料、研磨材料、刹车片等对纯度要求不苛刻但对机械性能要求高的领域。

DKZ-366典型粒径分布
DKZ-366被明确列入湿法产品阵容。国内将湿法氧化锆称作“化学锆”,通常将锆英砂与氢氧化钠反应获得锆酸钠,再与盐酸制备出氧氯化锆,最后经高温煅烧获得氧化锆。整个工艺中最关键的是提纯和分散两处工艺,从DKZ-366的参数可以确认,一方面DKK能够将金属异物(Fe、Si、Ti)控制在“ppb级”水平,从而满足电池行业对安全性能的追求;一方面DKK平衡了粒径(D50 0.50-1.70μm)/比表面(SSA 25-35m²/g),使粉体达成可控聚集、粗细适中的工程量产水平。
结语
以上披露信息有限,未知内容更多,但本文目的绝非助力“复制”产品,而是参考制备技术与应用工艺之间的协同,这才是粉体企业构筑竞争力的切入点。好比“渔”与“鱼”之间的关系,打造自身粉体工程技术,远比一款不知何时就可能被淘汰的产品重要。
粉体圈 郜白