一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵及其制备方法技术

一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵及其制备方法，本发明专利技术表面增强型复合纤维匣钵包括基体层和在所述基体层表面上的表面层，其中基体层材料包括莫来石、堇青石、镁铝尖晶石、纤维氧化铝、纤维氧化镁和锆英石；表面层材料包括纤维氧化锆‑氧化钇，纤维氧化镁、二氧化铈、锆英石、镁铝尖晶石和堇青石。本发明专利技术合成工艺简单，烧结工艺易控，制成的材料均匀性好，耐高温抗腐蚀相较比传统匣钵明显提升，其重复次数和产品质量明显提高，延长了匣钵的使用寿命；并且抗热震性能优异，可有效地防止匣钵表层脱落。本发明专利技术有利于降低合成锂离子电池正极材料的生产成本，提高经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵及其制备方法
本专利技术特别涉及一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵及其制备方法。
技术介绍
目前合成锂离子电池正极材料的实际生产中一般都采用高温固相合成法，而合成过程中所用到的耐高温匣钵一般为堇青石、莫来石、石英质和刚玉质等耐高温匣钵，其中堇青石和刚玉质用得最多。然而，由于合成锂离子正极材料所用原料在合成过程中会分解产生渗透能力和反应活性强的氧化锂(Li2O)，在高温下碱性物质Li2O与匣钵中的酸性物质和两性氧化物发生化学反应，因此会对耐高温匣钵产生侵蚀，使得耐高温匣钵的使用寿命大大降低。现有的匣钵按照不同的结构一般分为两种：一种是将多种原料混合均匀后，压制成型后烧结得到的复合材料，此种匣钵在被侵蚀之后，表面有少量难以剥离的正极材料，报废后成为工业垃圾，很容易造成重金属污染。另一种是双层结构，即在基体层匣钵表面喷涂或者涂覆另外一种材料。但是这种双层结构匣钵由于表面会首先受到碱性氧化物的侵蚀，所以当表面的涂覆层发生化学变化后导致成份偏析，造成热膨胀系数和晶格常数不匹配从而致使表面与基体层脱落的现象。脱落的表层物质会对正极材料造成污染，从而影响正极材料的电化学性能，最终降低正极材料产品的合格率。目前在锂离子电池正极材料合成用的匣钵中，对于高碱性原料，国内匣钵的使用次数普遍不超出五次，因此如何提高匣钵的使用寿命，降低重金属污染，提高企业生产效益，是目前亟待解决的问题。而这一问题的提出就对于所属领域技术人员开发性能优越、成本低廉的耐高温匣钵提出了更加紧迫的要求。
技术实现思路
鉴于上文所述，本专利技术针对现有锂离子电池正极材料合成用匣钵对碱性原料具有反应侵蚀现象及其导致的脱落现象，提供一种抗侵蚀、防表面脱落、耐高温且抗热震性良好的表面复合纤维增强型复合匣钵，进而提高匣钵的使用寿命，降低合成锂离子电池正极材料的生产成本以及提高产品质量。本专利技术的技术方案如下：一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵，其特征在于：包括基体层和在所述基体层表面上的表面层，所述基体层由以下重量份的原料和结合剂及水混合后制备而成，基体层的原料为：莫来石5～30份、堇青石20～60份、镁铝尖晶石5～20份、纤维氧化铝1～10份、纤维氧化镁1～10份和锆英石5～10份，其中结合剂为表面层原料总质量的3～6份，水为表面层原料总质量的4～8份；所述表面层由以下重量份的原料和结合剂及水混合后成型在所述基体层表面上制备而成，表面层的原料为：堇青石20～40份、镁铝尖晶石20～50份、纤维氧化镁1～10份、锆英石5～10份、二氧化铈3～10份、纤维氧化锆-氧化钇1～10份，其中结合剂为表面层原料总质量的3～6份，水为表面层原料总质量的4～8份。进一步地，本专利技术中结合剂为黄糊精或PVA。一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)准备匣钵基体层的原料；所述匣钵基体层的原料包括：莫来石5～30份、堇青石20～60份、镁铝尖晶石5～20份、纤维氧化铝1～10份、纤维氧化镁1～10份和锆英石5～10份；(2)将原料进行混合制浆，经陈腐处理后将所得浆料通过成型设备压制成初级生坯；(3)准备匣钵表面层的原料；所述匣钵表面层的原料包括：堇青石20～40份、镁铝尖晶石20～50份、纤维氧化镁1～10份、锆英石5～10份、二氧化铈3～10份、纤维氧化锆-氧化钇1～10份；(4)将原料进行混合制浆，然后将所得浆料均匀涂布在基体层的表面，并通过成型设备再次压制成型，制得产品生坯；(5)将制得的产品生坯经干燥处理，然后对产品生坯进行烧结，最终制得复合纤维匣钵。进一步地，本专利技术中基体层以及表面层的原料进行混合制浆时采用去离子水作为介质，其中水为基体层、表面层原料总质量的4～8份。进一步地，本专利技术中基体层以及表面层的原料进行混合制浆时加入结合剂，所述结合剂为黄糊精或PVA，其中结合剂为表面层原料总质量的3～6份。进一步地，所述步骤(2)中陈腐处理的时间为8～24小时。进一步地，所述步骤(4)中具体可通过布料机或者人工将所得浆料均匀分布在初级生胚表面形成表面层。进一步地，所述步骤(5)中干燥处理具体是将产品生坯在常温下阴干24小时，而后进行烘干。进一步地，所述步骤(5)中烧结工艺的参数为：烧结温度为1320℃～1370℃，烧结时间为2～5小时。本专利技术为了解决匣钵易受侵蚀现象、表面易脱落和抗热震的问题，在传统制备匣钵所用复合陶瓷基体中大量使用纤维化(包括长纤维和短纤维)的氧化锆-氧化钇(ZrO2-Y2O3)、氧化铝(Al2O3)、纤维氧化镁(MgO)，经过氧化钇和二氧化铈改性得到的纤维氧化锆具有更加优异的稳定性，因而得到的纤维制品的耐腐蚀性能比传统的材料更加优异，并且也正是因为其耐高温抗腐蚀性能的提升可以起到延缓或阻止侵蚀的作用，所以当表面层被腐蚀之后，纤维氧化锆、纤维氧化铝、纤维氧化镁不与碱金属氧化物进行反应，在表面层其他成分受到碱金属化合物的腐蚀之后，根据纤维物质在陶瓷基体中的相变增韧、纤维增韧等原理，加入纤维后纤维状的物质在陶瓷基体中形成了大量的网状结构，引入的纤维状物质保证了材料受到腐蚀后的表面层不会由于晶相和其它化学成分的改变而轻易产生脱落，即纤维状物质在整个表面层中起到了防止表面脱落、增强抗侵蚀能力的作用，从而大大提高了匣钵的使用寿命。同时，经过改性的纤维制品的耐高温性能也比传统的材料更加优异，纤维氧化锆-氧化钇是唯一能在1600℃以上超高温氧化气氛下长期使用的轻质耐火纤维材料。因而对于在氧化气氛下合成的锂离子电池正极材料具有特别优良的耐高温效果，结合上文可知，由于纤维氧化锆-氧化钇的加入，根据相变增韧原理，本专利技术引入纤维状物质也提高了匣钵的抗热震能力。相比现有技术，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术提出一种基于纤维复合的基体层与表面层的双层结构匣钵，通过在匣钵的基体层表面增加纤维陶瓷复合层，以此来克服匣钵表面受到腐蚀后易脱落的缺点，尤其适用于烧制锂离子正极材料，用以延长匣钵使用寿命以及提高正极材料成品的合格率。(2)本专利技术提出一种基于纤维复合的基体层与表面层的双层结构匣钵，由于所用纤维材料相比传统材料具有更好的稳定性、耐腐蚀、耐高温的特性。从而使得复合纤维匣钵相比现有匣钵除了不易脱落外还耐碱腐蚀，不易于锂离子电池材料发生反应，从而有效抑制了重金属污染，具有环保效益。(3)本专利技术提出一种基于纤维复合的基体层与表面层的双层结构匣钵，由于所用纤维材料能够显著提升匣钵的抗热震性能，从而大大提高了匣钵的使用寿命。(4)本专利技术提出一种基体层与纤维复合表面层的双层结构匣钵的制备方法，工艺操作简单、成本低廉且生产效率高；并且表面层制备时厚度可控，进一步采用直接压制在初级生坯上再烧结，区别于传统对于在烧结所得产品进行表面处理的工艺，有利于表面层和基体层整体的分离，因此基体层可回收利用，减少了企业固体供液垃圾的排放。有利于企业生产效益的提高。附图说明图1是实施例1制得材料的XRD图。图2是实施例2制得材料的XRD图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术技术方案进行清楚、完整的描述，以期本领域技术人员能够理解本专利技术的原理及特性。实施例1：步骤1：准备15份莫来石、58份堇青石、15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵，其特征在于：包括基体层和在所述基体层表面上的表面层，所述基体层由以下重量份的原料和结合剂及水混合后制备而成，基体层的原料为：莫来石5～30份、堇青石20～60份、镁铝尖晶石5～20份、纤维氧化铝1～10份、纤维氧化镁1～10份和锆英石5～10份，其中结合剂为表面层原料总质量的3～6份，水为表面层原料总质量的4～8份；所述表面层由以下重量份的原料和结合剂及水混合后成型在所述基体层表面上制备而成，表面层的原料为：堇青石20～40份、镁铝尖晶石20～50份、纤维氧化镁1～10份、锆英石5～10份、二氧化铈3～10份、纤维氧化锆‑氧化钇1～10份，其中结合剂为表面层原料总质量的3～6份，水为表面层原料总质量的4～8份。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵，其特征在于：包括基体层和在所述基体层表面上的表面层，所述基体层由以下重量份的原料和结合剂及水混合后制备而成，基体层的原料为：莫来石5～30份、堇青石20～60份、镁铝尖晶石5～20份、纤维氧化铝1～10份、纤维氧化镁1～10份和锆英石5～10份，其中结合剂为表面层原料总质量的3～6份，水为表面层原料总质量的4～8份；所述表面层由以下重量份的原料和结合剂及水混合后成型在所述基体层表面上制备而成，表面层的原料为：堇青石20～40份、镁铝尖晶石20～50份、纤维氧化镁1～10份、锆英石5～10份、二氧化铈3～10份、纤维氧化锆-氧化钇1～10份，其中结合剂为表面层原料总质量的3～6份，水为表面层原料总质量的4～8份。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵，其特征在于，所述结合剂为黄糊精或PVA。3.一种锂离子电池正极材料合成用的复合纤维匣钵的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)准备匣钵基体层的原料；所述匣钵基体层的原料包括：莫来石5～30份、堇青石20～60份、镁铝尖晶石5～20份、纤维氧化铝1～10份、纤维氧化镁1～10份和锆英石5～10份；(2)将原料进行混合制浆，经陈腐处理后将所得浆料通过成型设备压制成初级生坯；(3)准备匣钵表面层的原料；所述匣钵表面层的原料包括：堇青石20～40份、镁铝尖晶石20～50份、纤维氧化镁1～10份、锆英石5～10份、二氧化铈3～10份、纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖翔，王飞，王莺，刘涛，赵强，
申请(专利权)人：成都上普睿思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51