中国粉体网讯 氧化锆是锆的主要氧化物，通常状况下为白色无臭无味晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。它化学性质不活泼，且具有高熔点、高硬度、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为一种极其重要的耐高温材料和陶瓷材料。
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近年来，随着锂电池的飞速发展以及对固体氧化物燃料电池研究的不断深入，氧化锆在电池中的应用潜力不断被开发出来，在电池的三大系统电解质、电极材料、隔膜材料中均扮演重要角色。
电解质
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效清洁的能量转换体系，它可将燃料气体和氧化气体的化学能直接转换成电能，并具有发电效率高，启动时间短，应答速度快，体积小，污染低，易于组装和维护等优点，被誉为继水力发电、热能发电和核能发电之后的一种高效、节能、环保型发电技术。SOFC的开发与应用已成为当前新材料和新能源领域的一个研究热点。
在SOFC中，电解质的选择和制备是最重要的环节之一。SOFC要求电解质具有高的离子电导率(≥0.1S/cm)，低的电子迁移数(<10-3)，与电极材料、氧和燃气保持化学稳定，在一个较宽的温度和氧分压范围内保持热力学稳定，与其它电池组件在热膨胀系数上匹配，具有良好的气密性以及适宜的力学性能等。这些性能要求限制了电解质材料的选择范围，目前只能限于以氧化物为基体的陶瓷材料。
立方相的氧化锆具有良好的高温氧离子传输性能，在SOFC中可作为固体电解质材料使用。氧化锆基电解质属于高温电解质，而高的操作温度易引起电极烧结、电池组件材料在界面处的相互扩散、热膨胀失配、性能的快速老化等问题。减小电解质的厚度能够降低电池的欧姆损耗，因此使用氧化锆基电解质薄膜是降低电池操作温度而保持高性能的有效途径。
正极材料添加剂
近几年，纳米氧化锆作为添加剂被用于三元材料（即镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O2），钴酸锂（LiCoO2），锰酸锂（LiMn2O4）等锂电池正极材料，可显著提高电池的循环性能，倍率性能等，受到产学研各方面的重视。
经研究发现，ZrO2掺杂后的电极材料放电比容量都明显提高，这可能与ZrO2掺杂后材料的粒径变小相关，颗粒尺寸变小后在充放电过程中材料的脱嵌更加容易，所以掺杂后材料的放电比容量上升。随着充放电的进行，一定量的掺杂离子Zr4+还可能迁移到电极表面并形成固溶体，防止了由于充放电期间各向异性结构变化引起的结构坍塌，同时固溶体还充当保护涂层防止了钴溶解到电解质中，因此，材料结构在循环过程的相变期间变得非常稳定，循环稳定性增强。
此外，在镍氢电池正极中加入ZrO2可以抑制高温下正极容量的下降，且随着ZrO2含量的增加，电极的高温性能也有所提高，进而提高电池在高温下的充电效率。
隔膜材料
隔膜作为锂离子电池的重要组件，占整个电池成本的30％左右。隔膜的主要作用是将电池的正极和负极分隔以及对电子绝缘，防止正负极直接接触或发生电子传导导致电池发生短路。其次，隔膜能够允许锂离子自由通过从而完成电池的充放电。因此，隔膜不仅影响电池的放电性能和电池容量，更与锂离子电池的安全性能有密切的关系。除此之外，隔膜还具有自关闭效应，在温度升高和电流过大时，能够在一定程度上保护电池，不会发生火灾或者爆炸等安全事故。
氧化锆纤维能够有效提高隔膜的热稳定性和对电解液的浸润性，增强电池的安全性能和放电性能。王增昊采用抄造纸技术制备了氧化锆纤维和PVDF复合的纤维纸用于锂离子电池隔膜，发现ZrO2／PVDF纤维纸具有丰富的孔隙。
参考来源：
[1]王增昊.氧化锆纤维纸的制备及其在电池隔膜上的应用研究
[2]黄晓巍等.氧化锆基固体电解质的研究进展
[3]王辉.锂离子电池高镍三元正极材料的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2合成及改性研究
[4]欧阳静等.氧化锆(ZrO2)的电、光性质与应用
（中国粉体网编辑整理/山川）
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