一种瘠性钛酸铝复合材料匣钵的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种瘠性钛酸铝复合材料匣钵的制备方法，包括以下步骤：（1）将瘠性钛酸铝复合材料粉体造粒，得到造粒粉；（2）将所得造粒粉压制成型，得到胚体；（3）将所得胚体烧结，得到匣钵。

Preparation method of barren aluminum titanate composite material casket

The invention relates to a preparation method of barren aluminum titanate composite material sagger, which comprises the following steps: (1) granulating barren aluminum titanate composite material powder to obtain granulating powder; (2) pressing and molding the obtained granulating powder to obtain embryo; (3) sintering the obtained embryo to obtain sagger.

【技术实现步骤摘要】
一种瘠性钛酸铝复合材料匣钵的制备方法
本专利技术涉及一种具有超强耐腐蚀的瘠性钛酸铝复合材料匣钵、尤其是锂电池专用匣钵的制造方法及应用。
技术介绍
随着锂电池应用的不断深入，使用量逐年增加，我国作为锂电池生产大国，在世界锂电池生产上扮演着重要角色。锂电池种类繁多，因正极材料不同，锂离子电池主要分为：磷酸铁锂(LFP)，镍酸锂(LNO)，锰酸锂(LMO)，钴酸锂(LCO)，以及镍钴锰酸三元锂(NCM)、镍钴铝酸三元锂(NCA)，负极材料主要采用石墨碳材料。其中镍钴锰酸三元锂(NCM)、镍钴铝酸三元锂(NCA)以能量密度高、循环次数长等特点，成为未来锂电池的发展方向。锂电池在给生活带来便利的同时，生产过程无法避免地存在能源消耗问题，其中主要体现为高温下固相反应烧结，整个过程中除了电的消耗，另一部分的主要消耗材料就是窑炉及窑具，其中又以和锂电池原料直接接触的匣钵消耗作为严重。目前市场上锂电池阳极材料用的最多的是堇青石莫来石、莫来石刚玉匣钵，此类匣钵有膨胀系数低热震性好，原料成本低且容易获得等优点，除了三元锂电池外，用作普通锂电池阳极材料烧结用，使用寿命约为20次左右，但如果用来作为三元锂电池正极材料反应烧结的容器，使用寿命约为10次，主要报废原因为：三元锂电池原料和耐火材料反应，生产一种玻璃相物质的侵蚀层，侵蚀层膨胀系数大热震性差易开裂，且和原来匣钵配体的膨胀系数存在较大差异，很容易开裂脱落污染锂电池原料。三元锂电池阳极材料中都含镍，使用报废的匣钵作为工业废弃物需要作为化学品处理，不但处理成本高，而且很容易造成二次污染的发生。提高三元锂电池用匣钵的使用寿命，已经成为目前三元锂电池发展所面临的主要压力之一。国内外匣钵消耗的平均指标是每吨正极材料消耗200-300公斤，对环境造成了很大的压力，研发一款适合锂电池烧结用的专用匣钵势在必行。通过锂电池材料料性的分析，发现锂电池用匣钵需要膨胀系数低热震性好，且耐碱，普通锂电池中的锂是以碳酸锂的形式引入，碱性比较小，但三元锂电池中锂的引入为氢氧化锂，碱性很大，莫来石等陶瓷材料一般都是耐酸不耐碱，特别是高温下，碱对该类材料的侵蚀很大。在耐碱性方面，有一种陶瓷材料具有非常优异的表现，那就是钛酸铝。钛酸铝主要以离子键和共价键作为结合键，从显微结构和状态上来看，内部有晶体相和气孔，这就决定了钛酸铝具有金属材料和高分子材料所不具备的导热系数低、抗渣、耐碱、耐蚀、对多种金属以及玻璃有不浸润的优点，因此在耐磨损、耐高温、抗碱、抗腐蚀等条件苛刻的环境下具有广泛的应用，尤其是要求高抗热震的场合，钛酸铝是已知陶瓷材料里膨胀系数最低的。同时钛酸铝也有1100℃左右易分解，机械强度低等缺点，所以纯的钛酸铝常温下很难获得，机械强度很低，缺少实际利用价值，稳定且具有良好机械强度的钛酸铝一般以复合材料的形式存在，钛酸铝复合材料不但具备钛酸铝的上述优点，同时很好规避了自身的缺点，此类钛酸铝复合材料无疑是一种非常适合用于锂电池行业用匣钵的原料。但是钛酸铝复合材料属于瘠性原料，不具备可塑性。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种由瘠性钛酸铝复合材料制成的匣钵的制备方法。在此提供一种瘠性钛酸铝复合材料匣钵的制备方法，包括以下步骤：(1)将瘠性钛酸铝复合材料粉体造粒，得到造粒粉；(2)将所得造粒粉压制成型，得到胚体；(3)将所得胚体烧结，得到匣钵。根据该专利技术，先造粒再压制成型，可以将瘠性钛酸铝复合材料做成特殊规格尺寸的匣钵。所述瘠性钛酸铝复合材料可选自钛酸铝钙长石堇青石复合材料。较佳地，步骤(1)包括：将瘠性钛酸铝复合材料粉体和相对于该粉体重量2～10％的聚乙烯醇溶液、40％～100％的水、0.1％～0.5％的三聚磷酸钠以及0.01％～0.1％的正辛醇混合球磨，得到浆料；以及将所得浆料喷雾造粒，得到造粒粉。根据该专利技术，可以获得高固含量、分散稳定的瘠性钛酸铝复合材料的粉体浆料，进而能够获得适于干压成型的造粒粉。较佳地，所述瘠性钛酸铝复合材料粉体的粒径为325目以上。较佳地，所得造粒粉的水分控制在0.1％～1％之间，粒径在10～200um之间，优选50～150um之间。较佳地，步骤(2)中，压制压力为8～20MPa。较佳地，步骤(1)中，将重量比在1:2～1:1之间的0.1mm～1mm之间粒径的瘠性钛酸铝复合材料骨料和瘠性钛酸铝复合材料粉体，以及以相对于所述骨料和所述粉体混合重量0.5～1％的羧甲基纤维素，1％～2％的月桂酸钾溶液、3～10％的水进行造粒。根据该专利技术，能够获得适于半干压成型的造粒粉。较佳地，步骤(1)包括：将所述瘠性钛酸铝复合材料粉体和所述羧甲基纤维素混合，得到混合粉体；将所述月桂酸钾溶液和所述水混合，得到混合液体；以及将所述瘠性钛酸铝复合骨料放入粉碎设备中进行粉碎，在粉碎过程中加入部分所述混合液体，骨料中水分均匀后，加入所述混合粉体，并均匀地加入剩余的混合液体，直到粉碎设备中的粉体成沙粒状，造粒结束。较佳地，所述粉碎设备为轮碾机。较佳地，步骤(2)中，压制压力为8～20MPa。根据本专利技术，可以通过简单的方法得到膨胀率低、热震性好、耐碱性强的钛酸铝复合材料匣钵。具体实施方式以下结合下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本说明书中，除非另有说明，所有的百分比为重量百分比。在此公开一种钛酸铝复合材料匣钵的制备方法。本公开中，“钛酸铝复合材料匣钵”是指由钛酸铝复合材料制成的匣钵。“匣钵”是指烧制用的容器。“钛酸铝复合材料”是指钛酸铝与其它组分复合而成的材料，包括已合成的钛酸铝复合材料、以及煅烧时合成钛酸铝复合材料的配方料(原料)等。本公开中，对钛酸铝复合材料没有特别限定，但主要针对的是瘠性钛酸铝复合材料。所谓瘠性是指和水混合后没有粘性，所有煅烧后的陶瓷粉体或煅烧后得到的原料都属于瘠性料。作为瘠性钛酸铝复合材料的具体示例，例如钛酸铝钙长石堇青石复合材料、以及钛酸铝钙长石堇青石复合材料的配方料。钛酸铝钙长石堇青石复合材料含有钛酸铝、钙长石CaO·Al2O3·2SiO2和堇青石Mg2Al4Si5O18的复合相。一优选实施方式中，钛酸铝钙长石堇青石复合材料中，按质量计，钛酸铝的含量为60～80％，钙长石CaO·Al2O3·2SiO2的含量为10～20％，堇青石Mg2Al4Si5O18的含量为10～20％。一个示例中，钛酸铝钙长石堇青石复合材料的配方料包括氧化铝粉体、二氧化钛粉体、透辉石粉体，这些都属于瘠性料。一优选实施方式中，各原料的重量百分比为：氧化铝粉体40～55％、二氧化钛粉体25～35％、透辉石粉体15～35％。另外，本公开中的匣钵优选为锂电池用匣钵，具体而言，为锂电池正极材料烧结用匣钵，优选为三元锂电池正极材料烧结用匣钵。三元锂电池正极材料例如为镍钴锰酸三元锂(NCM)、镍钴铝酸三元锂(NCA)等。钛酸铝复合材料匣钵的生产工艺可包括成型、干燥、烧结等。一实施方式中，采用干压形式进行生产成型。以下，详细说明该成型步骤。首先，将钛酸铝复合材料粉体与添加剂一起球磨，得到浆料。这里，“钛酸铝复合材料粉体”可以是已合成的钛酸铝复合材料粉体，也可以是用于合成钛酸铝复合材料的配方料粉体。钛酸铝复合材料粉体的粒径可为325目以上，这样可以得到更致密的胚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瘠性钛酸铝复合材料匣钵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将瘠性钛酸铝复合材料粉体造粒，得到造粒粉；（2）将所得造粒粉压制成型，得到胚体；（3）将所得胚体烧结，得到匣钵。

【技术特征摘要】
1.一种瘠性钛酸铝复合材料匣钵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将瘠性钛酸铝复合材料粉体造粒，得到造粒粉；（2）将所得造粒粉压制成型，得到胚体；（3）将所得胚体烧结，得到匣钵。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述瘠性钛酸铝复合材料为钛酸铝钙长石堇青石复合材料。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）包括：将瘠性钛酸铝复合材料粉体和相对于该粉体重量2～10%的聚乙烯醇溶液、40%～100%的水、0.1%～0.5%的三聚磷酸钠以及0.01%～0.1%的正辛醇混合球磨，得到浆料；以及将所得浆料喷雾造粒，得到造粒粉。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述瘠性钛酸铝复合材料粉体的粒径为325目以上。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所得造粒粉的水分控制在0.1%～1%之间，粒径在10～200um之间。6.根据权利要求3至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，压制压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐培锋，王振华，
申请(专利权)人：上海定向材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31