[發明專利]一種鎂鋁尖晶石-堇青石質煅燒鋰電池正極材料用匣缽及其制備方法

在審

• 申請號: 202011232909.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112279662A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 譚建杰;栗海峰;歐陽東紅;羅文君;謝彥;黃建武;楊志紅
• 申請（專利權）人: 湘潭海泡石科技有限公司;中國地質大學（武漢）
• 主分類號: C04B35/71
• 分類號: C04B35/71;C04B35/443;C04B35/195;C04B35/622;F27D5/00
• 代理公司: 湖南格創知識產權代理事務所(普通合伙) 43263
• 代理人: 張文

本發明公開了一種鎂鋁尖晶石?堇青石質煅燒鋰電池正極材料用匣缽及其制備方法，制備方法包括：將5~40t%海泡石礦物細粉、45~85wt%氧化鋁細粉、10~18wt%電熔鎂砂細粉按比例混合，造粒，然后機壓成型，自然干燥后在1100～1300℃下燒成，再破碎篩分得到不同粒度的增強顆粒骨料和基質細粉A，將35~75wt%海泡石礦物細粉、25~50wt%氧化鋁細粉、0~15wt%電熔鎂砂細粉按比例混合，得到混合料B，將增強顆粒骨料和基質細粉A、混合料B按照比例混合均勻，機壓成型，100～110℃干燥后，1100～1300℃下燒成，制得鎂鋁尖晶石?堇青石質鋰電池正極材料燒結用匣缽。本發明工藝簡單、成本低，所制備的匣缽強度高、熱震穩定性好、耐鋰電池正極材料侵蝕，壽命長。

技術領域

本發明屬于煅燒鋰電池正極材料用匣缽技術領域，具體是一種鎂鋁尖晶石-堇青石質煅燒鋰電池正極材料用匣缽及其制備方法。

背景技術

鋰電池正極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素之一。其中，三元鎳鈷錳(NCM)材料因具有高比容量、長循環等優勢成為應用前景最好的正極材料。目前，高鎳三元正極材料已成為市場主流產品，它通常采用金屬離子共沉淀前驅體與氫氧化鋰或碳酸鋰等混合在900～1000℃的溫度下煅燒而成，此過程用來盛裝混合粉體的陶瓷匣缽對所制備的鋰電池正極材料性能至關重要。煅燒過程中，匣缽不僅受到急冷急熱的熱應力沖擊，還承受含鋰三元正極材料的嚴重侵蝕。研究表明，鋰氧化物的滲透侵蝕是匣缽損毀的主要原因。相對于錳酸鋰、鈷酸鋰等正極材料，NCM三元正極材料的侵蝕為多元侵蝕，堿性鋰離子在煅燒溫度下異常活躍，滲透性極強，并在多元體系中存在低共熔點，形成液相進而加速侵蝕滲透。另一方面，三元正極材料與匣缽材料在高溫下發生化學反應生成新物相，造成匣缽材料的熱膨脹系數發生改變，局部體積發生變化，最終導致被侵蝕面發生龜裂、剝落，從而導致匣缽報廢。對于目前已成為市場主流產品的鎳鈷錳(NCM)或鎳鈷鋁(NCA)三元正極材料，因其表面過高的堿含量，對煅燒用陶瓷匣缽提出了更苛刻的性能要求。

現有技術大多采用莫來石、堇青石等材料制備匣缽，其主要組分有SiO2、Al2O3、MgO等。如“一種莫來石泡沫陶瓷及其制備方法”(CN104311117A)專利技術，以糖、鋁硅質細粉為原料，利用發泡技術在高溫下燒制而成，雖然具有較低成本與高附加值，但是由于材料中所形成的物相單一，導致其熱震性能較低及抗侵蝕性能較差。

“莫來石-堇青石質鋰電池正極材料燒結用匣缽及其制備方法”（CN 110282964 A）專利技術，以莫來石顆粒、莫來石細粉、堇青石顆粒、堇青石細粉、紅柱石細粉為原料，以廣西白泥和糊精為結合劑，通過均勻混合后壓制成型后，再經1300~1400℃高溫燒成制得成品，雖其強度和抗熱震性得到提高，但因堇青石細粉在基質中難以分布均勻，導致其熱震穩定性難以滿足要求，所制備的匣缽強度低：最高耐壓強度小于50MPa，最高抗折強度小于15MPa，無法滿足匣缽使用要求，且生產成本高。

“一種以鋁溶膠為結合劑的鋰電池正極材料燒結用匣缽及其制備方法”（CN109761593 A）和“基于鎂鋁尖晶石溶膠的鋰電池正極材料燒結用匣缽及其制備方法”（CN110207499 A）兩項專利技術中，分別引入鋁溶膠和鎂鋁尖晶石溶膠，在匣缽與正極材料接觸面形成鎂鋁尖晶石保護層，雖提高了匣缽的抗鋰電池正極材料的侵蝕性能，但其抗熱震性能仍然無法滿足實際使用要求，且生產成本高。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的缺陷，目的在于提供一種成本低廉、制備工藝簡單的煅燒鋰電池正極材料用匣缽的制備方法，用該方法制備的煅燒鋰電池正極材料用陶瓷匣缽抗熱震性能及抗侵蝕性能優異，且使用壽命長，可顯著提高生產效率，降低生產成本。

本發明提供了一種鎂鋁尖晶石-堇青石質鋰電池正極材料用匣缽的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、將5～40wt％的海泡石礦物細粉、45～85wt％的氧化鋁細粉、10～18wt％的電熔鎂砂細粉置于混合機中，先干混3～5h，再噴灑3-5wt%純凈水濕混30～60min，得混合料A；