[發明專利]一種鋰離子電池正極材料生產窯爐用高強輕質尖晶石空心球磚及其制備方法

有效

• 申請號: 202010798472.1
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111848194B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 陳哲寧;陳惠子;王家邦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/443;C04B35/63;C04B35/622;F27D1/04
• 代理公司: 無錫市天宇知識產權代理事務所(普通合伙) 32208
• 代理人: 周舟

一種用于鋰電池正極材料生產窯爐用高強輕質尖晶石空心球磚，以重量計，磚體由56~65份的鎂鋁尖晶石空心球、35~44份的基質粉料以及2~6份的燒結助劑制成；鎂鋁尖晶石空心球中Al₂O₃≥68%、MgO≥29%，粒徑為0.2~5mm；基質粉料為325目的ρ?Al₂O₃粉和200目輕燒氧化鎂粉以重量比1.85:1組成;燒結助劑為碳酸鑭鈰;設計鎂鋁輕質尖晶石空心球磚的體積密度為0.9~1.65g/cm³；制備的輕質鎂鋁尖晶石質磚體擁有優良的抗侵蝕性，提高了制品強度。將磚體用于搭建窯爐，能有效抵抗鋰離子正極材料侵蝕，提高其使用壽命的同時防止剝落，提高正極材料質量，降低使用成本。

技術領域

本發明屬于耐火材料技術領域，具體地說，涉及到一種鋰離子電池正極材料生產窯爐用高強輕質尖晶石空心球磚及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池的正極材料在實際生產中常見的是通過高溫固相合成法來制備的，應用于其高溫焙燒的窯爐常常因為氧化鋰蒸汽強烈的腐蝕作用出現腐蝕損毀，導致其使用壽命短、維護成本高。

鎂鋁尖晶石陶瓷具有熔點高（2135℃），強度高，抗化學侵蝕性好的優點，能夠很好地滿足作為高溫焙燒鋰離子電池正極的窯爐材料的要求，抵御鋰離子蒸汽的侵蝕。但由于致密尖晶石耐火磚存在密度較大，導熱系數高以及成本高等缺點，相關應用一直遲遲無法推進。

空心球結構的材料具有密度小、空隙大的特點，采用空心球制備的隔熱材料具有氣孔分布均勻、質量輕、隔熱性能好的優點，常見于制備高性能隔熱材料。目前應用的氧化鋯空心球磚雖然有著較強的抗腐蝕性的同時還具備質輕、高強的特點，但其價格和原料的儲量限制了其應用，目前市場需要一種原料豐富，性價比高，輕質高強同時抗氧化鋰蒸汽腐蝕強的材料，而尖晶石空心球制備的耐火磚體就能很好地滿足要求。

尖晶石空心球是一種空心微珠，球壁主要化學成分為氧化鎂和氧化鋁。尖晶石空心球具有密度低、耐高溫、絕緣性好等特點。相較于常見的氧化鋁空心球，尖晶石空心球抗熱震性能更好，已有的實驗證明其對于鋰離子電池正極材料的侵蝕抗性能更強。

中國專利申請CN102603329A公開了“一種雙層輕質復合磚及其制備方法”，以鎂鋁尖晶石空心球作為輕質骨料制備了鎂鋁尖晶石類空心球層，作為磚體一部分擁有良好的抗堿性材料侵蝕能力。該申請中的基質粉料為氧化鋁粉、剛玉粉、氧化鎂粉、尖晶石粉、氧化鈦粉、氧化鉻粉、氧化鋯粉、鉻剛玉粉、鋯剛玉粉、鈦酸鋁粉中的一種或多種混合物，基質粉料為混合物時，易引入易被侵蝕的雜質，若采用單一的氧化鋁粉，因氧化鋁粉為α-Al2O3做基質粉料，同時以黃糊精溶液為結合劑，實驗證明，制得的磚品抗折強度和抗壓強度不夠，將上述磚體應用于鋰離子電池正極材料生產中的窯爐，仍不夠理想。

發明內容

本發明正是為了克服上述不足，提供一種鋰離子電池正極材料生產窯爐用高強輕質尖晶石空心球磚，同時提供其制備方法。以鎂鋁尖晶石空心球作為輕質骨料，在不引入雜質項的前提下，以基質粉料中的ρ-Al2O3為結合劑以及添加碳酸鑭鈰作為燒結助劑，有效促進鎂鋁尖晶石空心球磚體的燒結，提高制品強度。制備的輕質鎂鋁尖晶石質磚體擁有優良的抗侵蝕性。將磚體用于搭建窯爐，能有效抵抗鋰離子正極材料侵蝕，提高其使用壽命的同時防止剝落，提高正極材料質量，降低使用成本。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案的步驟如下：一種鋰離子電池正極材料生產窯爐用高強輕質尖晶石空心球磚，以重量計，磚體由56~65份的鎂鋁尖晶石空心球、35~44份的基質粉料以及2~6份的燒結助劑制成；

所述的鎂鋁尖晶石空心球中Al₂O₃≥68%、MgO≥29%，粒徑為0.2~5mm；

所述的基質粉料為325目的ρ-Al₂O₃粉和200目輕燒氧化鎂粉以重量比1.85:1組成。

所述的燒結助劑為碳酸鑭鈰;