鋰電池正極材料用抗強(qiáng)堿腐蝕耐高溫容器、其界面層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰電池正極材料燒制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池正極材料用抗強(qiáng) 堿腐蝕耐高溫容器、其界面層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鋰電池向高性能動(dòng)力電池方向的發(fā)展，對(duì)鋰電池正極材料的種類（如高密度 鈷酸鋰體系、高鎳三元體系）和制作條件（如燒成溫度提高）要求越來(lái)越高，相應(yīng)的對(duì)燒成 鋰電池正極材料容器的性能也提出了更高的要求。容器材料不僅不能污染正極材料，還應(yīng) 該具有良好的抗侵蝕性能、熱穩(wěn)定性及氣氛適應(yīng)性等性能?，F(xiàn)在廣泛使用的粘土質(zhì)和高鋁 質(zhì)容器由于在使用過(guò)程中出現(xiàn)的起皮、掉渣、污染燒成材料等問(wèn)題已嚴(yán)重制約鋰電池正極 材料的發(fā)展。因此，研制一種新型鋰電池正極材料用高性能容器材料具有重要意義
[0003] 鋰電池正極材料合成過(guò)程中所用的容器一般為剛玉質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)、石英質(zhì)和堇青 石質(zhì)耐高溫容器。其中堇青石質(zhì)和剛玉質(zhì)容器用的最多。但是由于合成鋰電池正極材料所 用原料在合成過(guò)程中會(huì)分解產(chǎn)生滲透力和反應(yīng)活性強(qiáng)的氧化鋰對(duì)耐高溫容器進(jìn)行侵蝕，同 時(shí)腐蝕反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)污染正極材料，造成正極材料中雜質(zhì)、磁性物含量超標(biāo)，降低正極材料的 比容量和能量密度，最終導(dǎo)致鋰電池的使用壽命、一致性及安全性降低；另一方面，容器材 料在高溫后快速冷卻時(shí)，隨著使用次數(shù)的增加，容器容易產(chǎn)生裂紋，容器的熱震穩(wěn)定性受到 破壞，耐高溫容器的使用壽命會(huì)大大降低。
[0004] 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前用于鈷酸鋰高溫合成時(shí)，即使溫度在1000°C下，國(guó)產(chǎn)高溫容器平均使 用壽命只有5~6次左右，國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品基本可保持在15~20次之間，但進(jìn)口產(chǎn)品的價(jià)位 是國(guó)產(chǎn)數(shù)倍之多，難以滿足國(guó)內(nèi)鋰電池正極材料廠家對(duì)高溫容器技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求。
[0005] 綜上所述，目前國(guó)內(nèi)鋰電池正極材料燒成用高溫容器使用過(guò)程中普遍存在高溫不 耐強(qiáng)堿腐蝕、容易開(kāi)裂、使用壽命短、磁性物含量超標(biāo)、易污染正極材料等問(wèn)題，難以滿足新 型鋰電池正極材料的制作要求，嚴(yán)重制約鋰電池正極材料的發(fā)展，因此，本發(fā)明針從這些問(wèn) 題從耐高溫容器材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制作工藝等方面進(jìn)行創(chuàng)新，研制出具有抗強(qiáng)堿性腐 蝕、高熱震穩(wěn)定性的耐高溫容器，滿足了新型鋰電池正極材料燒成使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種鋰電池正極材料用高性能耐高溫容 器、其界面層及其制備方法。
[0007] -種抗強(qiáng)堿高溫侵蝕界面層，包括以下質(zhì)量百分含量的各個(gè)成分：氧化鋁30~ 55%、氧化娃20~50%、氧化鎳0~15%、氧化錯(cuò)0~10%、氧化鎂5~25%、氧化鋰5~ 18%〇
[0008] 優(yōu)選的，氧化鎳的含量大于零。
[0009] 更優(yōu)選的，氧化鋯的含量大于零。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種抗強(qiáng)堿高溫侵蝕界面層的制備方法，包括以下步驟：
[0011] 1)將三氯化鋁、氫氧化鋰、硝酸鎳、硝酸鋯、檸檬酸、去離子水按重量比：5~15 : 2~10 :0~10 :0~10 :1~3 :55~90稱量，置于帶有攪拌裝置的容器中，并加熱至45~ 60°C之間，繼續(xù)攪拌保溫反應(yīng)1~5小時(shí)，得到混合溶液體系。
[0012] 2)用氨水（濃度為8~12%wt)將步驟1)得到的混合溶液體系pH調(diào)至9~13， 繼續(xù)攪拌〇. 5~1小時(shí)，而后繼續(xù)升溫直至水分完全蒸發(fā)，得到凝膠產(chǎn)物。
[0013] 3)將步驟2)得到的凝膠產(chǎn)物置于馬弗爐中450~550°C煅燒0.5~1小時(shí)后得 到粉末產(chǎn)物。
[0014] 4)將步驟3)得到的粉末產(chǎn)物與鋰輝石（粒度為100~200目）按重量比：70~ 95:5~20稱量，并置于混料設(shè)備中混勻，即可獲得抗強(qiáng)堿高溫侵蝕界面層混合料。
[0015] 優(yōu)選的，步驟1)中，硝酸鎳的添加量大于零。
[0016] 更優(yōu)選的，步驟1)中，硝酸鋯的添加量大于零。
[0017] 本發(fā)明還提供了一種鋰電池正極材料用抗強(qiáng)堿性腐蝕耐高溫容器，包括容器本體 和設(shè)置在所述容器本體工作面上的界面層，所述界面層選自權(quán)利要求1至3任一所述的抗 強(qiáng)堿高溫侵蝕界面層。
[0018] 優(yōu)選的，所述容器本體包括以下質(zhì)量百分含量的各個(gè)成分：堇青石5~50%，莫來(lái) 石5%~40%，氧化鋁2~20%，高嶺土 10%~35%，二氧化硅3~15%，硅酸鋁纖維5~ 20%
[0019] 本發(fā)明所提供的，針對(duì)鋰電池正極材料用高溫容器使用過(guò)程中開(kāi)裂和腐蝕兩大問(wèn) 題，通過(guò)材料體系的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制備工藝的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)了新型鋰電池正極材料高溫容器 的高性能和經(jīng)濟(jì)性的完美結(jié)合，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1、設(shè)計(jì)出具有抗侵蝕材料體系作為容器與鋰電池正極材料的界面層，實(shí)現(xiàn)高溫抗 鋰侵蝕；
[0021] 2、高溫容器基體材料中引入表面包覆改性硅酸鋁陶瓷纖維，實(shí)現(xiàn)容器基體燒成后 具有網(wǎng)絡(luò)交錯(cuò)化結(jié)構(gòu)，從而提高高溫容器抗熱震性能，實(shí)現(xiàn)使用壽命15~20次不開(kāi)裂。
[0022] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：
[0023] 1)鋰電池正極材料用抗強(qiáng)堿腐蝕耐高溫容器具有更高的工作溫度，可滿足鋰電池 正極材料高達(dá)1300°C的燒成需求，在900~1300°C的高溫條件下，抗強(qiáng)堿腐蝕高溫容器循 環(huán)使用壽命可達(dá)15~20次。
[0024] 2)鋰電池正極材料用抗強(qiáng)堿腐蝕耐高溫容器的抗強(qiáng)堿高溫侵蝕界面層物理及化 學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)向鋰電池正極材料中引入雜質(zhì)，尤其是杜絕了磁性物雜質(zhì)的引入，為生產(chǎn) 高品質(zhì)的鋰電池正極材料提供了有力保證。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明所提供的鋰電池正極材料用高性能耐高溫容器的制作工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明， 并非用于限定本發(fā)明的范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0027]
[0028] 1、容器載體配料
[0029] 容器載體配料組成為：堇青石（粒度為16目~100目）、莫來(lái)石（粒度為8目~ 40目）、氧化鋁粒度為（150~300目）、高嶺土（粒度為120目~300目）、二氧化硅（20 目~100目）、硅酸鋁纖維（纖維平均長(zhǎng)度：1. 0~3. 5mm纖維平均直徑：3. 0~8. 0ym)，各 組分重量百分比為：堇青石5~50 %，莫來(lái)石5 %~40 %，氧化鋁2~20 %，高嶺土 10 %~ 35 %，二氧化硅3~15 %，硅酸鋁纖維5~20 %。
[0030] 2、硅酸鋁纖維表面包覆改性
[0031] 硅酸鋁纖維的引入是為了使高溫容器載體最終形成微觀網(wǎng)絡(luò)交錯(cuò)化燒結(jié)體，但前 提要保證硅酸鋁纖維要與其它組分顆粒料形成良好分散，因此需對(duì)纖維進(jìn)行表面包覆改 性。具體包覆改性工藝如下：
[0032] (1)所選包覆改性劑為油酸、亞麻酸、硬脂酸、棕櫚酸其中的一種或幾種混合；
[0033] (2)硅酸鋁纖維與包覆改性劑按重量比：98~99. 5% :0. 5~2%稱料，置于臥式 球磨機(jī)中進(jìn)行混磨，轉(zhuǎn)速為10~70轉(zhuǎn)/分鐘，混磨時(shí)間為0. 5~10小時(shí)。
[0034]3、結(jié)合濕化學(xué)法及固相法制備出具有抗鋰腐蝕特性的復(fù)合材料，材料化學(xué)組成為 氧化鋁30-55 %、氧化硅20-50 %、氧化鎳0-15 %、氧化鋯0~10 %、氧化鎂5-25 %、氧化鋰 5-18%。具體制備過(guò)程如下：
[0035] (1)三氯化鋁、氫氧化鋰、硝酸鎳、硝酸鋯、檸檬酸、去離子水按重量比：5~15%: 2~10% :0~10% :0~10% :1~3% :55~90%，稱量原料，置于帶有攪拌裝置的容器