[發明專利]鋰電池電極材料制備用匣缽、該匣缽的保護層以及匣缽的制備方法

在審

• 申請號: 201810014769.7
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108302942A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 朱性宇;李軍秀
• 申請（專利權）人: 朱性宇;李軍秀
• 主分類號: F27D5/00
• 分類號: F27D5/00
• 代理公司: 北京善任知識產權代理有限公司 11650
• 代理人: 王大方;金楊

本發明提供一種鋰電池電極材料制備用匣缽、該匣缽的保護層以及該匣缽的制備方法。本發明的鋰電池電極材料制備用匣缽包括本體和保護層，該保護層至少覆蓋所述本體的內表面底部，所述保護層包含LiAlSiO₄、以及具有正的熱膨脹系數的金屬氧化物和/或金屬酸鹽。本發明的保護層與匣缽表面的附著力強，不易脫落，通過本發明的保護層，能夠阻止鋰電池的電極材料在燒制過程中其原料與匣缽材質發生化學反應、從而降低該原料對匣缽的腐蝕性，大幅提高匣缽的使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種鋰電池電極材料制備用匣缽、鋰電池電極材料制備用匣缽的保護層、以及該匣缽的制備方法。

背景技術

近年來，隨著科學技術的不斷更新以及鋰離子電池性能的不斷提升，鋰離子電池在手機、筆記本電腦、新能源汽車、儲能等領域具有廣泛的發展前景。鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解液以及隔膜構成。其中，正極材料中包括磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元系正極材料等；負極材料包括石墨、鈦酸鋰等材料。正負極材料的性能決定了電池的基本性能，尤其是能量密度等。正極材料的生產過程可簡單描述為：將正極材料的前體，即金屬氧化鈷，氫氧化物(例如，氧化鈷、四氧化三鈷、氫氧化鈷、氫氧化鎳鈷錳、氫氧化鎳鈷、氫氧化鎳鈷鋁、氫氧化鎳錳等)和鋰源(例如，碳酸鋰、氫氧化鋰等)按照一定的比例混合后，按照一定的量裝入一個陶瓷匣缽內，然后于高溫800～1100℃進行長時間的燒結。在燒制鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、以及氧化鎳鈷錳鋰(鎳鈷錳比例為1/1/1，5/2/3，6/2/2)時，多使用過量的碳酸鋰作為鋰源，但碳酸鋰在高溫下呈熔融態，容易深入匣缽表層，與匣缽的主要材料氧化鋁、氧化硅等發生化學反應，從而附著在匣缽表面，難于剝離；另外，在燒制高鎳型新型高容量氧化鎳鈷錳鋰(比如：鎳鈷錳比例為8/1/1)、或者氧化鎳鈷鋁鋰正極材料時，多使用過量氫氧化鋰做為鋰源，而氫氧化鋰多為二水合物，即使使用無水氫氧化鋰，高溫下仍可失去水分，強堿性所帶來的腐蝕性非常高，對匣缽造成不可逆轉的腐蝕，大大降低了匣缽的使用壽命。

專利文獻1(CN103884190A)中基于相同的目的提出了使用氧化鋯、氧化鋁以及氧化鎂等的一種或者幾種為涂層材質。幾種物質雖然耐腐蝕性強，但是氧化鋯成本較高，氧化鋁仍然有同鋰反應的可能性，氧化鎂等含鎂化合物熱膨脹系數較高，而且所提的幾種物質均為熱膨脹性物質，在反復循環使用的過程中涂層容易出現裂紋，附著力下降。另外，文中所提及的壽命評價方式以不能使用為標準，標準比較模糊，且遠高于目前市售匣缽的實際水平。

此外，對于抗腐蝕性涂層所用的材料，很多文獻中都提到了氧化鋁，氧化鋁在高溫下容易與鋰源形成LiAlO₂，LiAlO₂的形成阻礙了氧化鋁與正極材料的原料進一步反應，從達到抗腐蝕的目的。但是由于其熱膨脹系數遠高于匣缽底材，所以僅使用氧化鋁制成的涂層在反復燒制的升溫降溫過程中易于從匣缽底材脫落，導致效果降低。

例如，專利文獻2(CN103311498A)中采用了二次壓制的方式在堇青石、莫來石等制成的匣缽底材表面壓制有抗腐蝕涂層，該涂層以氧化鋯和鋰輝石為主要原料，雖然由于這兩種材料不與作為制備正負極材料原料的碳酸鋰反應，可以從一定程度上提高耐腐蝕性、延長使用壽命，但是氧化鋯和鋰輝石都是熱膨脹系數為正的材料，制成的匣缽在承載正極材料進行燒結時，匣缽本體內表面的保護層容易脫落。再而，該文獻所采用的二次壓制工藝復雜，而且存在導致壓制涂層不均、在匣缽底面和側面的弧形面上強度降低從而出現裂紋等的隱患。

發明內容

鑒于上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種耐腐蝕性高、電池的使用壽命長，并且附著力高、不易脫落的鋰電池電極材料制備用匣缽的保護層。

為了解決上述課題，首先，本發明提供了一種鋰電池電極材料制備用匣缽，包括本體和保護層，該保護層至少覆蓋所述本體的內表面底部，所述保護層包含LiAlSiO₄、以及具有正的熱膨脹系數的金屬氧化物和/ 或金屬酸鹽。