本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种匣钵及其制备方法。
背景技术：
锂离子电池因其具备储存能量、可快速充放电、循环寿命长、环境友好等特点得到了广泛应用。正极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一，而镍钴锰酸锂等三元材料因具有高比容量、长循环等优势成为应用前景最好的正极材料。现有技术中，三元正极材料通常采用前驱体在900-1100℃的温度下烧制而成，煅烧过程中用来盛装前驱体的匣钵对烧成工艺至关重要。
煅烧制备三元正极材料过程中，匣钵不仅受到急冷急热的热应力冲击，还承受着三元正极材料的侵蚀，其中，锂氧化物的渗透侵蚀是匣钵损毁的主要原因。目前，大多采用莫来石、堇青石及尖晶石材料制备匣钵，并添加氧化镁等碱性成分来提高抗锂侵蚀能力。然而引入氧化镁、尖晶石等材料制备的匣钵热膨胀率增大，导致抗热震能力降低。此外，相对于锰酸锂、钴酸锂等一元正极材料，三元正极材料的侵蚀实际上为多元侵蚀，其中的碱性锂离子在煅烧温度下异常活跃，渗透性增强，并且在多元体系中存在共熔点，形成液相进而加速了侵蚀渗透。另一方面，三元正极材料与匣钵材料在高温下发生化学反应生成复合相，造成匣钵材料的热膨胀系数发生改变，局部体积发生变化，最终导致被侵蚀面发生龟裂、剥落。
鉴于此，实有必要提供一种匣钵及其制备方法以克服上述缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种具备较强的抗热震和抗侵蚀能力，能够用于煅烧三元正极材料的匣钵及其制备方法。
本发明提供一种匣钵，包含以下重量百分比的原料：包含以下重量百分比的原料：65-87％的莫来石、5-10％的刚玉、3-7％的活性α-氧化铝及5-10％的合成铝酸钾；所述合成铝酸钾的化学组成中包含重量百分比分别为92.0-93.0％的al2o3与7.0-8.0％的k2o。
在一个优选实施方式中，所述莫来石的粒径为0-1.5mm；所述刚玉的粒径为0-0.044mm；所述活性α-氧化铝的粒径为0-0.005mm；所述合成铝酸钾的粒径为0-0.074mm。
在一个优选实施方式中，所述莫来石的化学组成中，al2o3≥72.0wt％、sio2≤27.0wt％、tio2≤0.1wt％、fe2o3≤0.1wt％、cao≤0.3wt％、na2o≤0.5wt％。
在一个优选实施方式中，所述莫来石为电熔莫来石。
在一个优选实施方式中，所述刚玉的化学组成中，al2o3≥99.6wt％。
在一个优选实施方式中，所述活性α-氧化铝的化学组成中，al2o3≥99.8wt％，na2o≤0.2wt％。
在一个优选实施方式中，原料还包含结合剂；所述结合剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、多糖及水溶性树脂中的一种或多种。
本发明还提供一种匣钵的制备方法，包括以下步骤：
1)按照重量百分比称取莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾，加入结合剂混合均匀，然后采用液压机成型获得匣钵坯体；
2)将液压机成型后获得的匣钵坯体送入隧道式干燥窑中进行热处理，其中，干燥窑的入口温度为40-60℃，保温区间温度为110℃，出口温度为40-60℃，热处理时间为12-24h；
3)将经过干燥热处理的匣钵坯体送入隧道窑中，在1200-1400℃的温度下保温煅烧5-8h。
本发明提供的匣钵采用莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾制成，存在以下有益效果：其一是合成铝酸钾的热膨胀较低，可以进一步提高莫来石质匣钵的体积稳定性，从而提高匣钵的抗热震能力；其二是合成铝酸钾中含有的少量钾离子与三元正极材料中的锂离子同属碱性离子，两者不容易发生反应，能够显著降低三元正极材料对匣钵的液相渗透，从而提高匣钵的抗侵蚀能力；其三是含有合成铝酸钾的匣钵与三元正极材料接触不反应，能够防止三元正极材料在煅烧过程中被污染或与匣钵粘结，提高合格率。
【附图说明】
图1为本发明提供的匣钵的制备方法的流程框图。
【具体实施方式】
本发明提供一种匣钵，包含以下重量百分比的原料：65-87％的莫来石、5-10％的刚玉、3-7％的活性α-氧化铝及5-10％的合成铝酸钾。具体的，所述合成铝酸钾的化学组成中包含重量百分比分别为92.0-93.0％的al2o3与7.0-8.0％的k2o。
更为具体的，所述莫来石的化学组成中，al2o3≥72.0wt％、sio2≤27.0wt％、tio2≤0.1wt％、fe2o3≤0.1wt％、cao≤0.3wt％、na2o≤0.5wt％；所述刚玉的化学组成中，al2o3≥99.6wt％；所述活性α-氧化铝的化学组成中，al2o3≥99.8wt％，na2o≤0.2wt％。
在一个实施例中，所述莫来石的粒径为0-1.5mm；所述刚玉的粒径为0-0.044mm；所述活性α-氧化铝的粒径为0-0.005mm；所述合成铝酸钾的粒径为0-0.074mm，使原料具有合理的颗粒级配。
在一个实施例中，所述莫来石优选为电熔莫来石。需要说明的是，莫来石常规生产工艺包括电熔法和烧结法，与烧结法制备的莫来石相比，电熔莫来石晶粒大且发育更加完善，性能较为稳定。
进一步的，所述匣钵的原料还包含结合剂，所述结合剂优选为羧甲基纤维素、甲基纤维素、多糖及水溶性树脂中的一种或多种。
请参阅图1，本发明还提供一种匣钵的制备方法，包括以下步骤：
1)按照重量百分比称取莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾，加入结合剂混合均匀，然后采用液压机成型获得匣钵坯体；
2)将液压机成型后获得的匣钵坯体送入隧道式干燥窑中进行热处理，其中，干燥窑的入口温度为40-60℃，保温区间温度为110℃，出口温度为40-60℃，热处理时间为12-24h；
3)将经过干燥热处理的匣钵坯体送入隧道窑中，在1200-1400℃的温度下保温煅烧5-8h。
实施例1
(1)按照表1称取电熔莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾，加入适量的水及羧甲基纤维素(结合剂)，混合均匀后采用液压机成型获得匣钵坯体，其中，羧甲基纤维素的加入量占电熔莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾总重量的3％。
表1实施例1中制备匣钵所需原料配方
(2)将液压机成型后获得的匣钵坯体送入隧道式干燥窑中进行热处理，其中，干燥窑的入口温度为50℃，保温区间温度为110℃，出口温度为50℃，热处理时间为18h。
(3)将经过干燥热处理的匣钵坯体送入隧道窑中，在1300℃的温度下保温煅烧5h，获得匣钵。
实施例2
(1)按照表2称取电熔莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾，加入适量的水及羧甲基纤维素(结合剂)，混合均匀后采用液压机成型获得匣钵坯体，其中，羧甲基纤维素的加入量占电熔莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾总重量的3％。
表2实施例2中制备匣钵所需原料配方
(2)将液压机成型后获得的匣钵坯体送入隧道式干燥窑中进行热处理，其中，干燥窑的入口温度为50℃，保温区间温度为110℃，出口温度为50℃，热处理时间为18h。
(3)将经过干燥热处理的匣钵坯体送入隧道窑中，在1300℃的温度下保温煅烧5h，获得匣钵。
实施例3
(1)按照表3称取电熔莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾，加入适量的水及羧甲基纤维素(结合剂)，混合均匀后采用液压机成型获得匣钵坯体，其中，羧甲基纤维素的加入量占电熔莫来石、刚玉、活性α-氧化铝及合成铝酸钾总重量的3％。
表3实施例3中制备匣钵所需原料配方
(2)将液压机成型后获得的匣钵坯体送入隧道式干燥窑中进行热处理，其中，干燥窑的入口温度为50℃，保温区间温度为110℃，出口温度为50℃，热处理时间为18h；
(3)将经过干燥热处理的匣钵坯体送入隧道窑中，在1300℃的温度下保温煅烧5h，获得匣钵。
对比例
(1)按照表4称取电熔莫来石、刚玉及活性α-氧化铝，加入适量的水及羧甲基纤维素(结合剂)，混合均匀后采用液压机成型获得匣钵坯体，其中，羧甲基纤维素的加入量占电熔莫来石、刚玉及活性α-氧化铝总重量的3％；
表4对比例中制备匣钵所需原料配方
(2)将液压机成型后获得的匣钵坯体送入隧道式干燥窑中进行热处理，其中，干燥窑的入口温度为50℃，保温区间温度为110℃，出口温度为50℃，热处理时间为18h；
(3)将经过干燥热处理的匣钵坯体送入隧道窑中，在1300℃的温度下保温煅烧5h，获得匣钵。
对实施例1-3及对比例制备的匣钵进行体积密度测试、显气孔率测试、抗热震性能测试及抗侵蚀性能测试，结果如表5所示。抗热震性能的测试方法具体如下：将待测匣钵迅速放入炉温为1000℃的马弗炉中，使其在1000℃的温度下保温15min，取出后迅速放入5-50℃的流动水中完成一次热震，接下来将完成热震的匣钵放入110℃的烘干箱内烘干，冷却至室温后测量抗折强度并计算抗折强度保持率。此外，抗侵蚀性能测试中，采用静态坩埚法于1250℃的温度下保温3h。
表5实施例1-3及对比例制备的匣钵的性能测试结果
实施例1-3及对比例制备的匣钵进行的抗热震性能测试和抗侵蚀性能测试结果表明：与对比例制备的匣钵相比较，由实施例1-3制备的匣钵具有更好的抗热震能力和抗侵蚀能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施局限于这些说明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。