一种锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬及其制备方法

本发明属于焙烧用回转窑炉衬
技术领域：
。具体涉及一种锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬及其制备方法。
背景技术：
：电子设备及电动汽车的安全和性能与电池的容量及效率密切相关，因此，进行稳定性高、具有高能量密度的高性能锂电池材料的开发是近年来的热门研究项目。锂电池的正极材料由li、co、mn和ni等构成，其制备工艺通常是将原料装在匣钵中并以400～1000℃烧成。在此过程中，li及co化合物熔融而渗透到匣钵的气孔中，与构成成分反应而诱发匣钵本体的裂隙及剥离。一方面，匣钵剥离的反应物质使锂电池正极材料的品质降低；另一方面，匣钵因裂隙而破损，破损的匣钵在循环使用的过程中也存在降低所焙烧锂电池正极材料活性的弊端。总体而言，匣钵的耐侵蚀性无法得到有效保证，也较容易向所焙烧的电池粉体中剥落进而导致锂电池正极材料性能劣化，匣钵整体使用寿命较短，较难进行后续循环利用，且无法实现电池粉体产量的大幅提升。整个锂电池正极材料的烧成设备是朝着将反应活性较小的物质涂覆于匣钵的表面或提高烧成设备热冲击抵抗性的方向发展。但匣钵的表面涂覆复杂而难以大量生产，或存在因涂层与匣钵材料的热膨胀系数差异而出现剥离的缺点。另外，通过对匣钵表面的处理仅仅只能使匣钵本体与需焙烧的电池材料之间的反应程度降低而已，从本质上而言，无法阻隔其与锂电池正极活性物质反应，进而残留在焙烧电池粉体中，造成电池合格率下降。而且，匣钵用于盛装锂电池正极材料，配合辊道窑的间断式烧成，生产效率也较低，锂电池正极材料的产量无法满足能源行业高速发展的需求。回转窑在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中已被广泛使用，也有诸多针对相应行业的回转窑炉衬设计方案。但现有的制备回转窑炉衬的技术，多数用于焙烧水泥、陶粒等建筑材料，少数用于焙烧耐火材料，而用于焙烧锂电池正极材料的回转窑炉衬技术未见报道。技术实现要素：本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、产能高和省时高效的锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬的制备方法。用该方法所制备的锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬的耐侵蚀性优良、抗剥落性优异、环境友好和使用寿命长，能从根本上提升所焙烧的锂电池正极材料的性能。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：将52.0～67.0wt％的电熔镁砂、28.0～43.0wt％的轻烧镁砂、0.5～4.5wt％的活性氧化铝微粉、0.3～3.3wt％的氧化亚铁和0.2～4.0wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于150～180℃条件下保温3～6h，制得锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬。所述电熔镁砂的粒径小于3mm且大于等于1mm；所述电熔镁砂：mgo含量≥96.6wt％，sio2含量≤0.79wt％，fe2o3含量≤0.13wt％。所述轻烧镁砂的粒径小于1mm且大于等于0.045mm；所述轻烧镁砂：mgo含量≥95.3wt％，sio2含量≤0.85wt％，fe2o3含量≤0.26wt％。所述活性氧化铝微粉的粒径小于0.088mm；所述活性氧化铝微粉的al2o3含量≥98.8wt％。所述氧化亚铁的粒径小于0.045mm；所述氧化亚铁的feo的含量≥99.1wt％。所述结合剂为磷酸锆、磷酸镁和磷酸二氢铝中的一种。所述成型的方式为压力、浇注、捣打和涂抹中的一种。由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：1、本发明以电熔镁砂、轻烧镁砂、活性氧化铝微粉和氧化亚铁为主要原料，经压力/浇注/捣打/涂抹成型后于150～180℃条件下保温3～6h，得到锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬(以下简称回转窑炉衬)，制备工艺简单。待焙烧球的锂电池正极材料球团装入所制备的回转窑炉衬则可直接进行焙烧，省去匣钵的装卸过程，一体化成型使锂电池正极材料焙烧工艺具有简单和省时高效的优点。2、本发明制备的回转窑炉衬与锂电池正极材料球团滚动接触，保证锂电池正极材料的连续焙烧，且能最大程度上避免回转窑炉衬材料向正极材料中的渗透和污染，在保证安全生产的前提下，能大幅提升生产效率，使锂电池正极材料的焙烧效果和效率均得到的极大程度上的优化，适用于锂电池正极材料粉料及机压/滚压成型制得球团的焙烧。对缓解能源行业的产业压力起到了关键性推进作用。3、本发明所制备的回转窑炉衬材料为mgo-al2o3质耐火材料，具有高抗侵蚀和高抗剥落的特点，在高温使用过程中所形成的富铁尖晶石具有缺陷空位，能够吸收锂电池正极材料在高温反应中所逸出的杂质离子，如；li+、co2+和ni3+，能满足频繁焙烧锂电池正极材料的要求，使用寿命长；能从根本上解决焙烧时因回转窑炉衬材料剥脱而导致锂电池性能劣化的问题，对烧制产品污染小，可取代传统辊道窑与匣钵的搭配，能显著提升所焙烧的锂电池正极材料的性能。4、本发明制备的回转窑炉衬与锂电池正极材料球团的接触面积达到最小化，能最大程度地避免回转窑炉衬测量与锂电池正极材料球团之间的物理/化学反应，同时避免焙烧反应副产物的lico3、fe、feo和fe2o3残留导致锂电池电池性能劣化的问题，从而提升锂电池正极材料焙烧后的合格率和性能。对本发明制备的回转窑炉衬用于焙烧锂电池正极材料—磷酸铁锂进行检测，同时对用市售匣钵用于焙烧锂电池正极材料—磷酸铁锂进行对比检测，对比结果显示，本发明所制备的回转窑炉衬所焙烧的磷酸铁锂正极材料性能优于市售匣钵所焙烧的锂电池正极材料，杂质残留率更低、松装密度更高。因此，本发明具有工艺简单、产能高和省时高效的特点；所制备的锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬的耐侵蚀性好、抗剥落性较好和使用寿命长，能从根本上提升所焙烧的锂电池正极材料的性能。附图说明图1为本发明制备的回转窑焙烧锂电池正极材料用于回转窑的使用示意图；图2为图1的剖面示意图图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。一种锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法：将52.0～67.0wt％的电熔镁砂、28.0～43.0wt％的轻烧镁砂、0.5～4.5wt％的活性氧化铝微粉、0.3～3.3wt％的氧化亚铁和0.2～4.0wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于150～180℃条件下保温3～6h，制得锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬。所述结合剂为磷酸锆、磷酸镁和磷酸二氢铝中的一种。所述成型的方式为压力、浇注、捣打和涂抹中的一种。本具体实施方式中：所述电熔镁砂的粒径小于3mm且大于等于1mm；所述电熔镁砂：mgo含量≥96.6wt％，sio2含量≤0.79wt％，fe2o3含量≤0.13wt％。所述轻烧镁砂的粒径小于1mm且大于等于0.045mm；所述轻烧镁砂：mgo含量≥95.3wt％，sio2含量≤0.85wt％，fe2o3含量≤0.26wt％。所述活性氧化铝微粉的粒径小于0.088mm；所述活性氧化铝微粉的al2o3含量≥98.8wt％。所述氧化亚铁的粒径小于0.045mm；所述氧化亚铁的feo的含量≥99.1wt％。实施例中不再赘述。实施例1一种锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法：将52.0wt％的电熔镁砂、43.0wt％的轻烧镁砂、1.5wt％的活性氧化铝微粉、2.3wt％的氧化亚铁和1.2wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于150℃条件下保温6h，制得锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬。所述结合剂为磷酸锆。所述成型为压力成型。实施例2一种锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法：将56wt％的电熔镁砂、39wt％的轻烧镁砂、4.5wt％的活性氧化铝微粉、0.3wt％的氧化亚铁和0.2wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于160℃条件下保温5h，制得锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬。所述结合剂为磷酸二氢铝。所述成型为浇注成型。实施例3一种锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法：将58wt％的电熔镁砂、34wt％的轻烧镁砂、2.7wt％的活性氧化铝微粉、3.3wt％的氧化亚铁和2.0wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于170℃条件下保温4h，制得锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬。所述结合剂磷酸二氢铝。所述成型为涂抹成型。实施例4一种锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法：将63wt％的电熔镁砂、32wt％的轻烧镁砂、0.8wt％的活性氧化铝微粉、1.2wt％的氧化亚铁和3.0wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于180℃条件下保温3h，制得锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬。所述结合剂为磷酸镁。所述成型为捣打成型。实施例5一种锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法：将67.0wt％的电熔镁砂、28.0wt％的轻烧镁砂、0.5wt％的活性氧化铝微粉、0.5wt％的氧化亚铁和4.0wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于165℃条件下保温5h，制得锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬。所述结合剂为磷酸二氢铝。所述成型为浇注成型。本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：1、本具体实施方式以电熔镁砂、轻烧镁砂、活性氧化铝微粉和氧化亚铁为主要原料，经压力/浇注/捣打/涂抹成型后于150～180℃条件下保温3～6h，得到锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬(以下简称回转窑炉衬)，制备工艺简单。锂电池正极材料焙烧时如图1和图2所示，图1为实施例1制备的回转窑炉衬的使用示意图；图2为图1的剖面示意图图。从图1和图2可以看出；待焙烧球的锂电池正极材料球团装入本实施方式制备的回转窑炉衬则可直接进行焙烧，省去匣钵的装拆过程，一体化成型使锂电池正极材料焙烧具有简单和省时高效的优点。2、本具体实施方式制备的回转窑炉衬与锂电池正极材料球团滚动接触，保证锂电池正极材料的连续焙烧，且能最大程度上避免回转窑炉衬材料向正极材料中的渗透和污染，在保证安全生产的前提下，能大幅提升生产效率，使锂电池正极材料的焙烧效果和效率均得到的极大程度上的优化，适用于锂电池正极材料粉料及机压/滚压成型制得球团的焙烧。对缓解能源行业的产业压力起到了关键性推进作用。3、本具体实施方式所制备的回转窑炉衬材料为mgo-al2o3质耐火材料，具有高抗侵蚀和高抗剥落的特点，在高温使用过程中所形成的富铁尖晶石具有缺陷空位，能够吸收锂电池正极材料在高温反应中所逸出的杂质离子，如；li+、co2+和ni3+，能满足频繁焙烧锂电池正极材料的要求，使用寿命长；能从根本上解决焙烧时因炉衬材料剥脱而导致锂电池性能劣化的问题，对烧制产品污染较小，可取代传统辊道窑与匣钵的搭配，能显著提升所焙烧的锂电池正极材料的性能。4、本具体实施方式制备的回转窑炉衬与锂电池正极材料球团的接触面积达到最小化，能最大程度地避免焙烧过程中锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬与锂电池正极材料球团之间的物理/化学反应，同时避免焙烧反应副产物的lico3、fe、feo和fe2o3残留导致锂电池电池性能劣化的问题，从而提升锂电池正极材料焙烧后的合格率和性能。对本具体实施方式制备的回转窑炉衬用于焙烧锂电池正极材料—磷酸铁锂进行检测，同时对用市售匣钵焙烧相同的锂电池正极材料—磷酸铁锂进行对比检测，两者的结果如表1所示。表1对比结果市售匣钵实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5残留fe(ppm)52024537814713097残留feo+fe2o3(ppm)779376587450287254松装密度(g/cm3)0.660.670.680.690.680.69对比结果显示，本具体实施方式所制备的回转窑炉衬所焙烧的磷酸铁锂正极材料性能优于市售匣钵所焙烧的锂电池正极材料，杂质残留率更低、松装密度更高。所述市售匣钵的化学组分是：60.0wt％的电熔镁砂、35.0wt％的轻烧镁砂和5.0wt％的活性氧化铝微粉。因此，本具体实施方式具有工艺简单、产能高和省时高效的特点；所制备的锂电池正极材料焙烧用回转窑炉衬的耐侵蚀性优良、抗剥落性优异和使用寿命长，从根本上提升了所焙烧的锂电池正极材料的性能。当前第1页12