一种锂离子电池正极材料的烧结方法技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池正极材料的烧结方法，包括如下步骤：制作符合匣钵内部尺寸的纸盒，并置于匣钵内部；将正极材料前驱体和锂源混合均匀后得到调和粉；将调和粉置于纸盒内部进行烧结，得到块状物料；将块状物料粉碎后净化得到锂离子电池正极材料；所述纸盒为无盖有底带格栅纸盒。本发明专利技术将无盖有底带格栅纸盒提前放入匣钵中，避免反应原料和匣钵直接接触；烧结过程中，纸盒碳化形成碳灰，均匀附着在匣钵底部与块状的材料截面上，防止块状物料粘连板结，并减少了锂对匣钵的腐蚀和渗透；格栅防止呈现分离状态的块状物重新粘连，提高烧结效果，降低残碱；在后续的处理过程中，附着在正极材料上的碳灰可以和正极材料轻易分离。极材料上的碳灰可以和正极材料轻易分离。极材料上的碳灰可以和正极材料轻易分离。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料的烧结方法


[0001]本专利技术专利属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料的烧结方法。

技术介绍

[0002]锂电池正极材料占据锂电池成本的30％以上，目前商用的锂电正极材料包括磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂等，这些材料的相同点是都可以使用高温固相法烧结得到，一般工艺流程为：将前驱体和锂源以及添加剂按一定比例混合均匀，利用匣钵装载进入窑炉烧结，在一定时间，温度气氛下发生化学反应，煅烧出来的物料，再经过粉碎等一系列工艺加工，得到正极材料成品。
[0003]用于制备锂电正极材料的匣钵由莫来石和堇青石按照一定的比例烧结而成。莫来石是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，化学式3Al2O3·
2SiO2，具有良好的抗侵蚀性和体积稳定性，但热膨胀系数偏高(5.3
×
10
‑
6/℃)，抗热震性不好；堇青石是一种硅酸盐矿物，化学式2Al2O3·
2MgO
·
5SiO2，具有相对较低的热膨胀系数(1.5
×
10
‑
6/℃)，抗热震性好，但抗侵蚀性能较差。因此，各厂家通过制备莫来石
‑
堇青石匣钵，综合抗热震性、抗腐蚀性，高温力学性能。
[0004]在锂电正极材料的烧结工序中，装载前驱体和锂源的匣钵在窑炉中进行750～1050℃高温煅烧。锂源在升温后分解为熔融态的Li2O，并沿匣钵中的气孔向内扩散，与莫来石、堇青石等发生反应，多次烧结后，分为三层，分别为反应层、渗透层、原砖层。反应层中莫来石和堇青石相对原砖层减少，主要生成大量的LiAlSiO4、Li4SiO4、LiAlO2、MgSiO4新相。当Li2O进一步向内扩散时，由于新相的形成将填充气孔，使气孔率降低，形成渗透层。由于反应层、渗透层各相间的热膨胀系数不同，在循环侵蚀过程中受到反复的热冲击，并伴随正极材料烧结收缩产生的应力，导致匣钵反应层与渗透层之间产生裂纹，出现龟裂、起皮、剥落的现象。
[0005]2022年，中国锂电池正极材料出货量为194.7万吨，同比大幅增77.97％。按照平均装钵量7kg，烧失率20％，计算194.7万吨正极材料，需要347678571个匣钵，按照烧结30次更换，一次匣钵计算，需要11589285个匣钵，按照20元一个匣钵计算，匣钵消耗2.3亿元。可见，如何减少匣钵的损耗是迫在眉睫的问题。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于现有匣钵在锂电正极材料的烧结工序的缺陷，从而提供一种锂离子电池正极材料的烧结方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供一种锂离子电池正极材料的烧结方法，包括如下步骤：
[0009]S1：制作符合匣钵内部尺寸的纸盒，并置于匣钵内部；
[0010]S2：将正极材料前驱体和锂源混合均匀后得到调和粉；
[0011]S3：将调和粉置于纸盒内部进行烧结，得到块状物料；
[0012]S4：将块状物料粉碎后净化得到锂离子电池正极材料；
[0013]步骤S1中所述纸盒为无盖有底带格栅纸盒。
[0014]进一步地，所述纸盒用纸的厚度为0.1～10mm。
[0015]所述格栅材料和纸盒相同，格栅高度和纸盒高度相同；
[0016]所述格栅包括横向4张和纵向4张，将纸盒内部分割成均匀的25块。
[0017]正极材料前驱体包括Ni
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
(OH)2、Ni
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
(OH)2、Ni
0.6
Co
0.1
Mn
0.3
(OH)2或Fe3(PO4)2中的一种；
[0018]锂源包括氢氧化锂或碳酸锂中的至少一种；
[0019]正极材料前驱体和锂源的摩尔比为1.05。
[0020]步骤S3中，烧结温度为600～1200℃，烧结时间为5～15h，烧结气氛包括氧气、空气、惰性气体中的一种。
[0021]步骤S4中，所述净化的方法为旋风分离和/或气固分离。
[0022]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0023](1)本专利技术将无盖有底带格栅纸盒提前放入匣钵中，再充填前驱体和锂盐的混合物，避免反应原料和匣钵直接接触；烧结过程中，纸盒碳化形成碳灰，均匀附着在匣钵底部与块状的材料截面上，防止块状物料粘连板结，并可以防止熔融的锂盐堵塞气孔，有效减少了高温反应过程中，氢氧化锂对匣钵的腐蚀和渗透；格栅在运送和烧结过程中，由于振动和热反应，防止呈现分离状态的块状物重新粘连，可以起到提高烧结效果，降低残碱的效果，在后续的粉碎净化过程中，附着在正极材料上的碳灰可以和正极材料轻易分离。
[0024](2)本专利技术利用容易燃烧和碳化的纸盒，首先防止匣钵进炉过程中由于振动，调和粉粘连密实，另外物理隔绝高温下熔融物质和烧结载体匣钵，避免和减少了腐蚀性物质对匣钵的腐蚀，极大的延长了单个匣钵的使用寿命，同时由于匣钵不起皮和剥落，避免了正极材料中由于匣钵被腐蚀起皮掉落导致的杂质引入现象，制备的正极材料性能优良。
[0025](3)由于正极材料制备需要和锂盐一起进行高温固相反应，锂盐会渗透到匣钵内部，引起匣钵起皮，减少匣钵使用寿命，本专利技术通过纸盒碳化后，形成的碳灰，物理隔绝锂盐和匣钵的直接接触，减少腐蚀现象；正极材料烧结完成后，需要粉碎才能使用，粉碎过程一般需要经过旋风分离器，烧结过程中形成的碳灰，密度低，极易随着气流和正极材料分离，不会对正极材料各项指标造成影响。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为实施例1中匣钵的结构示意图；
[0028]图2为实施例1中烧结第30次后的匣钵底部；
[0029]图3为对比例1中烧结第30次后的匣钵底部；
[0030]图4为实施例1和对比例1烧结第30次后所得锂离子电池正极材料的XRD图。
[0031]附图标记：
[0032]1‑
匣钵；2
‑
纸盒。
具体实施方式
[0033]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0034]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：制作符合匣钵内部尺寸的纸盒，并置于匣钵内部；S2：将正极材料前驱体和锂源混合均匀后得到调和粉；S3：将调和粉置于纸盒内部进行烧结，得到块状物料；S4：将块状物料粉碎后净化得到锂离子电池正极材料；步骤S1中所述纸盒为无盖有底带格栅纸盒。2.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述纸盒用纸的厚度为0.1～10mm。3.根据权利要求2所述的烧结方法，其特征在于，所述格栅材料厚度与纸盒相同，格栅高度与纸盒高度相同；所述格栅包括横向4张和纵向4张，将纸盒内部分割成均匀的25块。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的烧结方法，其特征在于，正极材料前驱体包括Ni
0.6
Co
0.2
Mn

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德，许开华，陈玉君，张明龙，周凌霄，杨雪强，
申请(专利权)人：格林美股份有限公司，
类型：发明
国别省市：