一种用于电池材料烧结的匣钵及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于电池材料烧结的匣钵及其制备方法和应用。所述匣钵的主材包括碳化硅、氮化硅、硅粉和助剂；所述氮化硅位于所述碳化硅的颗粒空隙以及颗粒表面，所述硅粉位于所述碳化硅的颗粒空隙中；所述氮化硅在碳化硅表面形成保护层；所述匣钵的主材的原料包括硅粉、碳化硅、添加剂和结合剂；所述碳化硅在所述匣钵的主材的原料中的质量占比≥91％。本发明专利技术提供了一种以碳化硅、硅粉和氮化硅为主材的且三者相互复合的匣钵，其导热性能优良，抗热震性能好，耐腐蚀效果好，抗氧化性能比较高，其应用范围更广泛，当其应用于钠离子电池负极材料的高温炭化过程时，传热更好，受热更为均匀，且高温下不易氧化，得到的负极材料性能良好。得到的负极材料性能良好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电池材料烧结的匣钵及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池材料烧结
，涉及一种用于电池材料烧结的匣钵及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电池负极材料(尤其是钠离子电池负极材料，尤其是硬碳的制备)的关键工艺之一就是高温炭化，高温炭化关系着物料的多项性能指标。在行业内常用的高温炭化设备包括：辊道窑、推板窑及隧道窑等。而多种窑炉的核心都包含三个工艺段，即升温段、恒温段、冷却段，在不同的阶段物料产生相应的变化，最终成型。窑具状况关系着物料的烧成效果，如果物料受热均一性偏差较大则物料比表面积，容量均会呈现不同程度的差异，严重影响工艺水平。而受热均一性关键点在于匣钵升降温速率，升降温速率低，则物料在升温段热量不能及时传递到内部，形成内外温差；在降温段则物料温度不能及时降低，致使出料温度高，易氧化等问题。
[0003]行业现行多用石墨匣钵，如CN211373254U公开了一种负极材料烧结用组合式石墨匣钵，涉及石墨制品领域。该匣钵的匣钵壁由四块立板组成，所述立板的左端面的前边缘设有条状的凸起一，所述立板的左端面的后边缘设有条状的凸起二，所述凸起一和凸起二之间形成凹槽一；所述立板的前端面的右端开有条状的凹槽二，即所述立板的前端面的右端形成条状的凸起；所述立板的凸起一插在另一块立板的凹槽二内，所述立板的凸起插在另一块立板的凹槽一内，从首尾插接形成匣钵壁；所述底板的上端面开有环形凹槽，所述匣钵壁的下端插接在底板的环形凹槽内，所述盖板置于匣钵壁的上端面，形成方形匣钵。再如CN115159502A公开了一种碳质材料、其制备方法和钠离子电池。其碳质材料的制备过程在石墨匣钵中进行。
[0004]石墨匣钵传热性较好，普遍应用于锂电负极材料高温炭化，但其烧结具有局限性。须小于1200℃，匣钵尺寸不宜过大，否则影响物料烧透性，造成物料升降温速率较慢，容量不达标。所以在1200
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1250℃烧结温度范围，単钵装料量大的情况下使用效果较差。而且窑炉内部会有微量的氧气存在，长期使用石墨匣钵容易造成氧化，氧化后匣钵报废，造成较高的成本浪费。
[0005]因此，选用其他替换材料的匣钵来满足上述工艺条件，是目前急需的，且替换材料需结合化工原理以及实验数据，满足耐高温，耐氧化，且传热性好。
[0006]因此，如何满足电池负极材料(尤其是钠离子电池中的负极材料)制备过程中的匣钵同时耐高温、耐氧化、传热性好且使得物料受热均匀，是急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种用于电池材料烧结的匣钵及其制备方法和应用。本专利技术提供了一种以碳化硅、硅粉和氮化硅为主材的且三者相互复合的匣钵，其导热性能优良，抗热震性能好，耐腐蚀效果好，抗氧化性能比较高，其应用范围更广泛，当其应用于钠离子
电池负极材料的高温炭化过程时，传热更好，受热更为均匀，且高温下不易氧化，得到的负极材料性能良好。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种用于电池材料烧结的匣钵，所述匣钵的主材包括碳化硅、氮化硅、硅粉和助剂；所述氮化硅位于所述碳化硅的颗粒空隙以及颗粒表面，所述硅粉位于所述碳化硅的颗粒空隙中；所述氮化硅在碳化硅表面形成保护层；
[0010]所述匣钵的主材的原料包括硅粉、碳化硅、添加剂和结合剂；所述碳化硅在所述匣钵的主材的原料中的质量占比≥91％，例如91％、91.3％、91.5％、91.8％、92％、92.3％、92.5％、92.8％、93％、93.5％、93.8％、94.5％或95％等。
[0011]需要说明，本专利技术主材中的碳化硅和硅粉与原料中的碳化硅和硅粉物质种类相同，只是其质量占比有所变化。
[0012]本专利技术提供了一种以碳化硅、硅粉和氮化硅为主材的且三者相互复合的匣钵，其导热性能优良，抗热震性能好，耐腐蚀效果好，抗氧化性能比较高，其应用范围更广泛，当其应用于钠离子电池负极材料的高温炭化过程时，传热更好，受热更为均匀，且高温下不易氧化，得到的负极材料性能良好。
[0013]本专利技术中，硅粉和位于碳化硅空隙中的用于填充碳化硅，提升了匣钵材料的密度，从而实现了牢固的机械结合，同时位于碳化硅颗粒表面的氮化硅形成了保护层，从而提升了耐氧化性及耐高温性能，而如果没有三者的协同搭配，无法得到致密结构，从而影响了匣钵在1200～1300摄氏度烧结寿命。
[0014]且本专利技术中，主材的原料中，碳化硅的质量占比如果过小，低于91％，则会导致匣钵主体结构强度低，从而无法实现本专利技术中的耐高温、耐氧化、传热性的效果。
[0015]优选地，所述氮化硅在所述匣钵的主材中的质量占比为0.8～1.3％，例如0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％或1.3％等。
[0016]优选地，所述添加剂包括含Fe催化剂、含Co催化剂、含Ni催化剂或含Cr催化剂中的任意一种或至少两种的组合。
[0017]本专利技术中，选用含Fe催化剂、含Co催化剂、含Ni催化剂或含Cr催化剂作为添加剂，高效催化无副反应，催化活性更高。
[0018]优选地，所述结合剂包括木质素磺酸钙。
[0019]优选地，所述碳化硅的纯度≥98.5％，例如98.5％、98.8％、99％、99.3％、99.5％或99.8％等。
[0020]优选地，所述硅粉的纯度≥99％，例如99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％或99.8％等。
[0021]本专利技术中，匣钵主材的原料纯度会影响结构强度，如果碳化硅和硅粉的纯度过低，则会导致匣钵易产生裂纹。
[0022]优选地，所述硅粉在所述匣钵的主材的原料中的质量占比为4～6％，例如4％、4.3％、4.5％、4.8％、5％、5.3％、5.5％、5.8％或6％等。
[0023]本专利技术中，硅粉的加入量过多，不利于匣钵结构强度的提升，而加入量过少，又会导致填充不到位，使得氮化硅生成不足。
[0024]优选地，所述添加剂在所述匣钵的主材的原料中的质量占比为0.3～1％，例如
0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。
[0025]优选地，所述结合剂在所述匣钵的主材的原料中的质量占比为2～4％，例如2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％或4％等。
[0026]本专利技术中，结合剂加入过少，会影响结合状况，而加入过多，又不利于杂质控制。
[0027]本专利技术中，通过调控主材中的各个原料的质量占比，协同配合，得到了结构稳定，导热性能优良，抗热震性能好，耐腐蚀效果好，抗氧化性能比较高的匣钵。
[0028]优选地，所述匣钵的主材的原料中还包括烧结助剂和增强相。
[0029]本专利技术中，烧结助剂可以促进氮化硅结合碳化硅材料的烧结致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电池材料烧结的匣钵，其特征在于，所述匣钵的主材包括碳化硅、氮化硅、硅粉和助剂；所述氮化硅位于所述碳化硅的颗粒空隙以及颗粒表面，所述硅粉位于所述碳化硅的颗粒空隙中；所述氮化硅在碳化硅表面形成保护层；所述匣钵的主材的原料包括硅粉、碳化硅、添加剂和结合剂；所述碳化硅在所述匣钵的主材的原料中的质量占比≥91％。2.根据权利要求1所述的用于电池材料烧结的匣钵，其特征在于，所述氮化硅在所述匣钵的主材中的质量占比为0.8～1.3％；优选地，所述添加剂包括含Fe催化剂、含Co催化剂、含Ni催化剂或含Cr催化剂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述结合剂包括木质素磺酸钙；优选地，所述碳化硅的纯度≥98.5％；优选地，所述硅粉的纯度≥99％。3.根据权利要求1或2所述的用于电池材料烧结的匣钵，其特征在于，所述硅粉在所述匣钵的主材的原料中的质量占比为4～6％；优选地，所述添加剂在所述匣钵的主材的原料中的质量占比为0.3～1％；优选地，所述结合剂在所述匣钵的主材的原料中的质量占比为2～4％。4.根据权利要求1
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3任一项所述的用于电池材料烧结的匣钵，其特征在于，所述匣钵的主材的原料中还包括烧结助剂和增强相；优选地，所述烧结助剂在所述匣钵的主材的原料中的质量占比为0.3～1％；优选地，所述增强相在所述匣钵的主材的原料中的质量占比为0.3～1％；优选地，所述烧结助剂包括氧化物烧结助剂和/或非氧化物烧结助剂；优选地，所述氧化物烧结助剂包括Al2O3、MgO、ZrO2、SiO2或RE2O3中的任意一种或至少两种的组合，其中RE包括La、Nd、Gd、Y、Yb或Sc中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述非氧化物烧结助剂包括YF3、YbF3或MgSiN2中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述增强相包括Al2O3、ZrSiO4、B4C、纳米Si3N4、Ti
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Si
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Fe合金粉、石墨烯或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1
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4任一项所述的用于电池材料烧结的匣钵，其特征在于，所述碳化硅包括第一碳化硅颗粒、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟，陈念，武则龙，唐堃，
申请(专利权)人：北京中科海钠科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：