本发明属于匣钵技术领域。特别涉及一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。
背景技术：
高温固相合成法因工艺简单以及对设备要求低，在锂离子电池正极材料的实际生产中得到了广泛应用，匣钵作为高温焙烧过程中盛装原料的容器，主要因合成正极原料的侵蚀和反复的冷热循环出现损毁。随着锂离子电池行业的快速发展，锂离子电池日益增长的需求量和高电压的发展趋势对匣钵的性能提出了更为严格的要求。
“锆莫来石匣钵”(zl201410189300.9)专利技术，公开了一种以莫来石、板状刚玉和锆英砂等为原料制备匣钵的方法，该技术采用的原料具有良好的热震稳定性，但原料价格昂贵和烧成温度高，不利于大规模生产。“循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵及其制备方法”(zl201310194571.9)专利技术，分别以莫来石和氧化锆等原料制得匣钵基体层和工作层，匣钵的抗侵蚀性能得到提高，但基体层与工作层间的结合部位在使用过程中易开裂。“一种抗锂电池高温腐蚀层状匣钵及其制备方法”(cn201610159994.0)专利技术，公开了一种底面具有三层结构的匣钵的制备方法，成型步骤复杂，烧成温度下堇青石易发生熔融。“一种具有抗锂电池高温腐蚀涂层的匣钵及其制备方法”(cn201610159837.x)专利技术，以莫来石和堇青石等为原料制得匣钵坯体，并通过在匣钵坯体表面浸渍釉料提高抗侵蚀性能，但增加了浸渍步骤，提高了生产工艺的复杂程度。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种生产成本低和制备工艺简单的堇青石结合六铝酸钙匣钵的制备方法；所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵抗侵蚀性能优异和使用寿命长。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以50～65wt％的六铝酸钙骨料、25～35wt％的堇青石粉料和5～15wt％的塑性黏土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的结合剂，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
所述六铝酸钙的主要化学成分是：al2o3≥90wt％，cao≥7.5wt％；六铝酸钙的体积密度≥2.8g/cm3，显气孔率≤13％；六铝酸钙骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为20～30wt％，粒径小于1mm且大于等于0.5mm的为35～50wt％，粒径小于0.5mm且大于等于0.2mm的为30～40wt％。
所述堇青石粉料的堇青石含量≥92wt％；堇青石粉料的粒径为0.15～0.05mm。
所述塑性黏土为软质黏土或为膨润土。
所述结合剂为水玻璃或为碱性纸浆废液。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明经高温处理后的六铝酸钙骨料通过堇青石形成连接，即形成堇青石结合六铝酸钙结构，烧成温度与目前广泛使用的堇青石质匣钵烧成温度接近，便于生产；六铝酸钙具有优异的耐碱侵蚀性能，提高了匣钵的抗侵蚀性能和使用寿命；匣钵的制备过程中一次成型，简化了制备工艺，降低了生产成本和劳动强度。
本发明制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.5g/cm3；耐压强度为45～60mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数超过38次时，工作面出现剥落。
因此，本发明具有生产成本低和制备工艺简单的特点，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵抗侵蚀性能优异和使用寿命长。
具体实施方式
下面结合结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
为避免重复，先将本具体实施方式所要涉及的技术参数统一描述如下，实施例中将不赘述：
所述六铝酸钙的主要化学成分是：al2o3≥90wt％，cao≥7.5wt％；六铝酸钙的体积密度≥2.8g/cm3，显气孔率≤13％；六铝酸钙骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为20～30wt％，粒径小于1mm且大于等于0.5mm的为35～50wt％，粒径小于0.5mm且大于等于0.2mm的为30～40wt％。
所述堇青石粉料的堇青石含量≥92wt％；堇青石粉料的粒径为0.15～0.05mm。
实施例1
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以50～55wt％的六铝酸钙骨料、32～35wt％的堇青石粉料和12～15wt％的软质黏土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的水玻璃，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例1制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.3g/cm3；耐压强度为55～60mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到39次时，工作面出现剥落。
实施例2
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以55～60wt％的六铝酸钙骨料、30～33wt％的堇青石粉料和9～12wt％的软质黏土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的水玻璃，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例2制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.3g/cm3；耐压强度为50～55mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到42次时，工作面出现剥落。
实施例3
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以60～65wt％的六铝酸钙骨料、27～30wt％的堇青石粉料和7～10wt％的软质黏土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的水玻璃，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例3制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.5g/cm3；耐压强度为45～50mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到47次时，工作面出现剥落。
实施例4
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以60～65wt％的六铝酸钙骨料、25～28wt％的堇青石粉料和10～13wt％的膨润土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的水玻璃，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例4制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.5g/cm3；耐压强度为45～50mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到45次时，工作面出现剥落。
实施例5
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以60～65wt％的六铝酸钙骨料、30～33wt％的堇青石粉料和5～8wt％的膨润土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的水玻璃，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例5制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.5g/cm3；耐压强度为55～60mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到52次时，工作面出现剥落。
实施例6
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以55～60wt％的六铝酸钙骨料、27～30wt％的堇青石粉料和12～15wt％的膨润土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的碱性纸浆废液，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例6制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.3g/cm3；耐压强度为50～55mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到42次时，工作面出现剥落。
实施例7
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以50～55wt％的六铝酸钙骨料、32～35wt％的堇青石粉料和12～15wt％的膨润土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的碱性纸浆废液，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例7制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.3g/cm3；耐压强度为48～53mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到40次时，工作面出现剥落。
实施例8
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以55～60wt％的六铝酸钙骨料、30～33wt％的堇青石粉料和9～12wt％的软质黏土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的碱性纸浆废液，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例8制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.3g/cm3；耐压强度为45～50mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到45次时，工作面出现剥落。
实施例9
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以60～65wt％的六铝酸钙骨料、27～30wt％的堇青石粉料和7～10wt％的膨润土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的碱性纸浆废液，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例9制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.5g/cm3；耐压强度为47～52mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到49次时，工作面出现剥落。
实施例10
一种堇青石结合六铝酸钙匣钵及其制备方法。本实施例所述制备方法是：先以58～63wt％的六铝酸钙骨料、25～28wt％的堇青石粉料和11～14wt％的软质黏土为原料混合，再外加所述原料4～8wt％的碱性纸浆废液，混合均匀，机压成型，干燥，然后在1350～1400℃条件下保温8～10h，制得堇青石结合六铝酸钙匣钵。
本实施例10制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.4g/cm3；耐压强度为45～50mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数达到46次时，工作面出现剥落。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式经高温处理后的六铝酸钙骨料通过堇青石形成连接，即形成堇青石结合六铝酸钙结构，烧成温度与目前广泛使用的堇青石质匣钵烧成温度接近，便于生产；六铝酸钙具有优异的耐碱侵蚀性能，提高了匣钵的抗侵蚀性能和使用寿命；匣钵的制备过程中一次成型，简化了制备工艺，降低了生产成本和劳动强度。
本具体实施方式制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵经检测：体积密度低于2.5g/cm3；耐压强度为45～60mpa；1000℃下合成锂电池正极材料钴酸锂，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵循环使用次数超过38次时，工作面出现剥落。
因此，本具体实施方式具有生产成本低和制备工艺简单的特点，所制备的堇青石结合六铝酸钙匣钵抗侵蚀性能优异和使用寿命长。