一种生产锂离子电池正极材料用耐高温匣钵的制备方法技术

本发明专利技术一种生产锂离子电池正极材料用耐高温匣钵的制备方法，属于各类锂离子电池正极材料生产用耐高温匣钵的制备领域，包括纯相或掺杂钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂的生产过程用耐高温匣钵的制备。本发明专利技术以氧化铝、氧化镁、氧化钇粉体为原料，采用塑性成型或干压成型工艺，在空气气氛及１２００℃～２０００℃的温度下反应烧结０．１～１０ｈ，得到最终的耐高温匣钵。本发明专利技术制备的耐高温匣钵经固相合成钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂粉体过程１０次侵蚀后，形状仍然保持完好，表面没有出现裂纹，且也没有污染正极材料，对于提高耐高温匣钵的使用寿命，提高正极材料的质量，降低生产成本具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于各类锂 离子电池正极材料生产用耐高温匣钵的制备领域，包括纯相或掺杂钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁 锂、镍酸锂的生产制备用耐高温匣钵。
技术介绍
锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型绿色高能电池，由于具有工 作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应及对环境友好等优点，是新一代 绿色环保电池，目前广泛应用在在移动通讯、军事、航空航天以及信息科学领域。目前锂离 子正极材料主要有四个体系，分别为LiCoO2系列、LiNiO2系列、LiMnO4系列、LiFePO4系列， 其中LiCoO2正极材料系列的锂离子所占的市场份额最大。目前合成锂离子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、石英质和刚玉质耐高温匣钵，其中堇青石 和刚玉质用得最多。但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对耐高温匣钵进行侵蚀，耐高温匣钵的使用寿命大大降低。一般 堇青石质耐高温匣钵具有极优的抗侵蚀性能和抗热震稳定性，在1350°C氧化气氛下使用， 可达100次以上，但在用于高温固相合成钴酸锂时，即使在900°C下其使用寿命也只有10次 左右；莫来石质耐高温匣钵使用温度高达1760°C，用于高温固相合成钴酸锂时，使用寿命 也仅有20次左右；刚玉质耐高温匣钵使用温度高达170(TC，而用于合成钴酸锂时，使用寿 命也仅有5次左右，而石英质耐高温匣钵在合成钴酸锂时只能使用2次左右。据统计用高 温固相法合成钴酸锂的厂家，若直接使用上述耐高温匣钵作窑炉进行生产的，平均每年花 在耐高温匣钵更换上的费用达到数十万元；同时也对环境带来了巨大的危害，不符合可持 续发展的要求。但另一方面，由于目前国内合成钴酸锂厂家规模小、经济实力不强，一般都 用不起高抗侵蚀性能的耐高温匣钵，不可能大批量的更换现有的耐高温匣钵窑炉。近年来，以锰酸锂、磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池发展迅速，这对开发性能优 越、成本低廉的耐高温匣钵提出了更加紧迫的要求。Jin-Ming Chen, Yung-Da Cho等研究了 YAG包覆对钴酸锂正极材料电性能的影 响，发现在923K煅烧IOh后，YAG与LiCoO2稳定共存且存在明显的界面，未发现LiCoO2 对YAG的渗透侵蚀并形成新的物相。George Ting-Kuo Fey, Zhi-Feng Wang等研究了镁 铝尖晶石包覆对钴酸锂正极材料电性能的影响，发现MgAl2O4与LiCoO2界面形成了致密 的LixMyCOl-y02(M = Al/Mg)化合物，使得两者能够紧密接合。基于以上研究，探讨了 Y2O3/ AlA/MgO体系在合成正极材料中的抗侵蚀性，并得到了较好的研究结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于制备一种生产锂离子电池正极材料用耐高温匣钵，并利用其优 良的力学及抗侵蚀性能，将其用在生产锂离子正极材料用耐高温匣钵领域，提高耐高温匣钵的使用寿命，降低正极材料的生产成本及质量，为锂离子电池行业的发展提供强有力的 支撑。本专利技术提出的，其特征在 于以氧化铝、氧化镁和氧化钇粉体为原料，采用塑性成型或压力成型(50 250MPa)工艺， 在空气气氛以及1200°C 2000°C温度下反应烧结1 10h，制得最终耐高温匣钵。本专利技术所述的制备方法，其特征在于所述氧化铝占总配料的质量百分比为 0. 99%，氧化镁占总配料的质量百分比为0. 99%，氧化钇占总配料的质量百分 比为0. 920，三种原料粉体的粒径彡100 μ m。 本专利技术所述的制备方法，其特征在于烧成过程可在不同温度阶段设置保温或采 用分步法烧结，反应烧结保温时间可以根据实际的烧结情况进行适当的延长。本专利技术所述的制备方法，其特征在于所得耐高温匣钵可以应用于生产各类锂离 子正极材料，包括纯相或掺杂钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂的生产制备。具体实施例方式本专利技术首先将所述原料按所述的比例先进行配料，然后通过机械干法球磨使各原 料混和均勻后经50MPa 250MPa干压成型，或加入一定比例的水和其他添加剂配制成塑性 坯料进行塑性成型，成型后坯体经100°C干燥后，按所述温度、保温时间和反应气氛进行反 应；完成预定的反应时间后降温到室温，断开电源，取出试样。下面通过具体实施例，更详细地说明本专利技术，但这些实施例只是用于帮助容易理 解本专利技术，本专利技术并不限于这些实施例。实施例1选用粒径范围为10 30μπι的Al2O粉3、25 50 μ m的MgO粉禾口 7 12μπι的 Y2O3粉为原料，Al2O3粉的加入总量占总配料的质量百分比为60%，MgO粉的加入总量占总 配料的质量百分比为30%，Y2O3粉的加入总量占总配料的质量百分比为10%，所用粉体按 比例配料后外加20%的水配制成塑性坯料，经塑性成型后于100°C干燥24h，干燥后坯体在 温度1550°C保温8小时的条件下进行烧结，制备得到耐高温匣钵。制品显气孔率15%，10 次侵蚀后耐高温匣钵形状完好，表面没有孔洞和裂纹，且也没有污染正极材料。实施例2选用粒径范围为0. 5 2 μ m的Al2O3粉、4 10 μ m的MgO粉和0. 5 3 μ m的Y2O3 粉为原料，Al2O3粉的加入量占总配料的质量百分比为25%，MgO粉的加入量占总配料的质 量百分比为60%，Y2O3粉的加入量占总配料的质量百分比为15%，所用粉体按比例配料后 采用干法球磨混料5h，经200MPa干压成型，成型后坯体在温度1750°C保温6小时的条件下 进行烧结制备得到耐高温匣钵。制品显气孔率8%，10次侵蚀后耐高温匣钵形状完好，表面 没有孔洞和裂纹，且也没有污染正极材料。实施例3选用粒径范围为6 8 μ m的Al2O3粉、50 70 μ m的MgO粉和30 45 μ m的Y2O3 粉为原料，Al2O3粉的加入量占总配料的质量百分比为80%，MgO粉的加入占总配料的质量 百分比为15%，Y2O3粉的加入量占总配料的质量百分比为5%，所用粉体按比例配料后采 用干法球磨混料5h，外加1衬％的浓度为5wt%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，经150MPa成型，成型后坯体在100°c干燥24h，然后在1650°C保温10小时的条件下进行烧结制备得到耐 高温匣钵。制品显气孔率12%，10次侵蚀后耐高温匣钵形状完好，表面没有孔洞和裂纹，且 也没有污染正极材料。 附图说明无。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产锂离子电池正极材料用耐高温匣钵的制备方法，其特征在于：以工业级或化学纯氧化铝、氧化镁和氧化钇粉体为原料，采用塑性成型或干压成型（５０～２５０ＭＰａ）工艺，在空气气氛以及１２００℃～２０００℃温度下反应烧结０．１～１０ｈ，制备得到最终的耐高温匣钵。

【技术特征摘要】
一种生产锂离子电池正极材料用耐高温匣钵的制备方法，其特征在于以工业级或化学纯氧化铝、氧化镁和氧化钇粉体为原料，采用塑性成型或干压成型(50～250MPa)工艺，在空气气氛以及1200℃～2000℃温度下反应烧结0.1～10h，制备得到最终的耐高温匣钵。2.根据权利要求1所述的一种生产锂离子电池正极材料用耐高温匣钵的制备方法，其 特征在于所述氧化铝粉占总配料的质量百分比为0. 99%，氧化镁粉占总配料的质 量百分比为0. 99%，氧化钇占总配料的质量百分比为0. 20%，三种原料粉体的 粒径< 100 μ m。3.根据权利要求1所述的一种生产锂离子电池正极材料用耐高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宏，黄朝晖，房明浩，刘艳改，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]