一种锂电池正极材料用双层结构匣钵及其制备方法技术

本发明专利技术涉及匣钵窑具制备技术领域，提出一种锂电池正极材料用双层结构匣钵及其制备方法。上述锂电池正极材料用双层结构匣钵包括基体层和表面涂层。锂电池正极材料用双层结构匣钵的制备方法包括预混骨料、加工成型、表面涂层混合制浆，以及干燥和高温烧结等步骤。采用该方法制得的锂电池正极材料用双层结构匣钵，具有良好的抗Li

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池正极材料用双层结构匣钵及其制备方法


[0001]本专利技术涉及匣钵窑具制备
，特别涉及一种锂电池正极材料用匣钵及其制备方法。

技术介绍

[0002]匣钵是用耐火泥料等经高温焙烧而成，是烧成锂电池正极材料的重要窑具之一。各类锂电池正极材料，均须先装入匣钵后才装进高温窑炉焙烧。目前，与国外同类型产品相比，国产匣钵在循环使用寿命、抗侵蚀性、热震稳定性和材料承压强度等方面仍然存在较大的差距，若直接使用上述匣钵进行生产，每年因更换匣钵而产生的费用花销十分巨大，同时也对环境造成了极大的危害。
[0003]根据工业生产实际，烧成锂电池正极材料用匣钵在实际使用过程中存在以下几个关键问题需要加以改进：（1）循环使用寿命短。锂离子电池正极材料合成过程中使用最多的是堇青石
‑
莫来石质和刚玉质匣钵。但是由于合成锂离子正极材料所用的原料在高温合成过程中会对匣钵产生很大的侵蚀作用，且匣钵材料在反复的高温后快速冷却地循环中，匣钵容易产生裂纹，热震稳定性受到破坏，使用寿命会大大降低。
[0004]（2）抗侵蚀性差。用于焙烧的锂电池正极材料多为细粉状，渗透能力强，材料中的锂离子属于强碱性物质，对于匣钵材料有很强的侵蚀性。由于锂离子在与匣钵接触的过中，锂离子能够将匣钵成分中的Si、Al和Mg等离子析出，破坏匣钵微观结构，在匣钵表面形成一层侵蚀层，导致匣钵重复使用次数非常少。
[0005]（3）热震稳定性差。匣钵材料在使用过程中，因匣钵材料是非均质的脆性材料，热膨胀较大，热导率和弹性模量比较小，抗热应力不被破坏的能力比较差，导致其热震稳定性较差。在环境温度的急剧变化下极易导致匣钵产生裂纹，剥落甚至开裂，影响工业生产。
[0006]（4）匣钵材料强度低。匣钵要承受自身的重量和生坯的重量，还要受到装、出窑时的机械作用力，所以需要有足够的机械强度，即能在保持自身强度的同时，在高温负载情况下亦能够有良好的机械强度。
[0007]（5）匣钵表面起皮，掉渣，易污染产品。在匣钵使用过程中，含Li和Co正极材料在合成过程中，含锂化合物先于含钴化合物对匣钵进行侵蚀，形成一种复合化合物并且从中析出，导致产生剥落现象，污染产品。
[0008]因此，为了应对需求量日益增大的锂电池正极材料，必须开发一种新型匣钵，使其具有良好的抗侵蚀性能，较小的热膨胀系数，优异的热震稳定性和足够的强度，而正极材料与该匣钵接触时易剥落，匣钵不起皮，不掉渣，不易污染产品。围绕上述问题，研制一种锂电池正极材料用匣钵，使其接近或具有上述优异性能，具有重要意义和产业价值。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于，提供一种锂电池正极材料用双层结构匣钵，上述匣钵具有良
好的耐腐蚀性能，较小的热膨胀系数，优异的热震稳定性和足够的强度，而且正极材料与该匣钵接触时易剥落，使用过程中匣钵不起皮，不掉渣，无污染，最重要的是使用寿命超长，可重复使用次数远超目前市场上的同类产品。
[0010]本专利技术的另一目的在于，提出一种锂电池正极材料用双层结构匣钵涂层的制备方法。上述制备方法添加的匣钵涂层具有优良的导热系数，与匣钵基体结合紧密，热膨胀系数相近，在反复的高温烧结与冷却的循环中不起皮，不掉渣，具有优良的抗腐蚀性能，能有效抵抗高温环境下Li
+
和Co
2+
等的侵蚀。
[0011]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0012]本专利技术提出一种锂电池正极材料用双层结构匣钵，其包括基体层和表面涂层；基体层原材料按照重量份计，包括如下组分：30
‑
40份的堇青石，5
‑
15份的莫来石细粉，15
‑
20份的镁铝尖晶石，5
‑
12份的铝粉，5
‑
12份黏土，4
‑
6份的透锂长石粉末，2
‑
5份的木钙，3
‑
5份的纸浆废液和2
‑
5份的黄糊精；表面涂层原材料按照重量份计，包括如下组分：50
‑
60份的高纯SiC
‑
Si3N4粉末，15
‑
20份的含锂材料，8
‑
12份的活性α
‑
Al2O3，8
‑
12份的镁橄榄石粉末，5
‑
10份的粘合剂，4
‑
6份的羧甲基纤维素（CMC）或聚乙烯醇。
[0013]一种锂电池正极材料用双层结构匣钵的制备方法，包括以下步骤：预混骨料：将粉碎的30
‑
40份堇青石、15
‑
20份镁铝尖晶石、2
‑
5份的木钙、3
‑
5份的纸浆废液和2
‑
5份黄糊精，均匀混合，至干燥的颗粒料表面都被润湿为止，制得混合骨料；加工成型：在超声条件下，将5
‑
15份的莫来石细粉，5
‑
12份的铝粉，5
‑
12份黏土和4
‑
6份的透锂长石粉末加入到混合骨料中经30
‑
50min混合和20
‑
24h陈腐后，采用注浆成型法或挤出成型法将制成匣钵生坯；表面涂层混合制浆：将50
‑
60份的高纯SiC
‑
Si3N4粉末，15
‑
20份的含锂材料，8
‑
12份的活性α
‑
Al2O3，8
‑
12份的镁橄榄石粉末，5
‑
10份的粘合剂，4
‑
6份的羧甲基纤维素（CMC）或聚乙烯醇进行混合制得涂层浆料，涂覆表面涂层将涂层浆料采用涂布机或人工方式非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。
[0014]干燥和高温烧结：将产品生坯置于80
‑
90℃干燥房内干燥12
‑
16小时后在1350
‑
1450℃的高温炉中烧结3
‑
5h制得锂电池正极材料用双层结构匣钵。
[0015]本专利技术实施例的一种锂电池正极材料用双层结构匣钵的制备方法的有益效果是：通过在匣钵的基体层原料中增加含锂材料，以此来克服匣钵受到腐蚀后易脱的缺点，用以延长匣钵使用寿命以及提高正极材料成品的合格率；由于混合物料时添加超声作用，物料混合更加均匀，匣钵结构强度及抗腐蚀性能更好；采用SiC
‑
Si3N4新型耐高温材料，可在匣钵表面形成致密的涂层，隔离了匣钵中的物料与匣钵的直接接触，从而大大提高了匣钵的使用寿命；同时，在表面涂层材料中添加耐高温无机粘合剂，不仅使得涂层结构更为致密，也使得表面涂层与匣钵基体结合更为紧密。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极材料用双层结构匣钵，其特征在于，其包括基体层和表面涂层；基体层原材料按照重量份计，包括如下组分：30
‑
40份的堇青石，5
‑
15份的莫来石细粉，15
‑
20份的镁铝尖晶石，5
‑
12份的铝粉，5
‑
12份黏土，4
‑
6份的透锂长石粉末，2
‑
5份的木钙，3
‑
5份的纸浆废液和2
‑
5份的黄糊精；表面涂层原材料按照重量份计，包括如下组分：50
‑
60份的高纯SiC
‑
Si3N4粉末，15
‑
20份的含锂材料，8
‑
12份的活性α
‑
Al2O3，8
‑
12份的镁橄榄石粉末，5
‑
10份的粘合剂，4
‑
6份的羧甲基纤维素（CMC）或聚乙烯醇。2.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料用双层结构匣钵，其特征在于，所述堇青石颗粒粒度为0.3
‑
2.5mm，晶相95，线膨胀系数2.0
×
10
‑6次方；所述莫来石细粉规格为M70莫来石，200目；所述镁铝尖晶石颗粒的粒度为0.3
‑
1.5mm。3.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料用双层结构匣钵，其特征在于，所述铝粉粒度规格为325目，铝含量≥97%，钠含量小于1%；所述粘土为广西白泥或苏州白泥中的一种，铁含量小于0.3%；所述透锂长石粉末中锂含量大于6%。4.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料用双层结构匣钵，其特征在于，所述SiC
‑
Si3N4粉末的粒径为0.01
‑
0.05mm。5.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料用双层结构匣钵，其特征在于，所述含锂材料为LiAlSiO4，镍钴锰酸锂和锂辉石中的至少一者。6.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料用双层结构匣钵，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽宇薪，
申请(专利权)人：阳泉银宇新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：