[發明專利]一種堇青石-鎂鋁尖晶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: 202011232910.4
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112358304A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 歐陽東紅;栗海峰;譚建杰;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: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/195;C04B35/443;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

本發明公開了一種堇青石?鎂鋁尖晶石質煅燒鋰電池正極材料用匣缽及其制備方法，所述制備方法包括：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，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20～37wt%海泡石礦物細粉、50～63wt%氧化鋁細粉、10～20wt%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，制得堇青石?鎂鋁尖晶石質煅燒鋰電池正極材料用匣缽。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，使用壽命長。

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，具體是一種堇青石-鎂鋁尖晶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混合氫氧化鋰在900～1000℃的溫度下燒制而成，煅燒過程中用來盛裝混合粉體的匣缽對燒成工藝至關重要。煅燒制備NCM三元正極材料過程中，匣缽不僅受到急冷急熱的熱應力沖擊，還承受著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，并且在多元體系中存在共熔點，形成液相進而加速了侵蝕滲透。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復合相，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。

“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，提高匣缽的抗鋰電池正極材料的侵蝕性能，但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匣缽抗熱震性能好、抗侵蝕性能優異，匣缽使用壽命長。

為實現上述目的，本發明的一種堇青石-鎂鋁尖晶石質煅燒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35～75wt％的海泡石礦物細粉、25～50wt％的氧化鋁細粉、0～15wt％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1～3min,得混合料A；