一种用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵及制造方法

专利名称：一种用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于锂电池正极材料焙烧的匣钵及其制备方法，属耐火窑具的制备领域，这种锂电池正极材料焙烧用匣钵具有高安定长寿命的特点。
背景技术：
锂电池正极材料必须经过高温窑炉的焙烧，烧成必须采用匣钵来装载，由于锂电池正极材料所采用的原料在合成过程中会分解产生渗透能力和反应活性强的氧化锂对匣钵进行侵蚀，易发生剥落、粉化等问题，匣钵的使用寿命一般在20次以下。针对匣钵的抗腐蚀性及使用寿命，研发抗腐蚀性能好，长寿命的匣钵对于锂电池正极材料的生产及技术进步有十重要的作用。中国专利申请200910146662. 9公开了一种“用于制造锂离子电池的正极活性物 质的匣钵及其制造方法”，成份中含有氧化铝46-68%、氧化镁13-22%、二氧化硅12_36%，三氧化二铁O. 5%以下。这种以尖晶石、堇青石、莫来石为原料构成氧化铝、氧化镁、二氧化硅为化学成份的组成配方，有着较好的耐腐蚀性，但由于配方中的尖晶石及氧化镁的质量比较高，材质的线膨胀比莫来石高出许多，在20-1500°C的线膨胀系数，尖晶石为9X10_6/°C、氧化镁为14. 2 X 10_6 /0C ―1，但莫来石仅为5. 3 X 10_6 /°C ―1，在锂电池正极材料高温固相合成时，匣钵的热震性能相对差，比较容易出现开裂。中国专利申请200910096395. 9公开的“锂电池材料焙烧匣钵的制作配方”，各组份重量百分比为氧化铝45-70%、氧化镁10-20%、二氧化硅15-35%，氧化锆1_3%，金属铝粉
1-5%。存在的不足是铝是中性材料，金属铝粉的活泼性相对来说也是中性，抗一般的碱性材质尚可，但对锂电池正极材料高温固相合成时分解产生的参透能力和反应活性强的氧化锂、钴酸锂的强碱腐蚀，抗侵蚀能力相对不强，对匣钵的抗腐蚀能力的提高产生不了多大的积极作用。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵，通过配方和制造方法的改进，提高匣钵的抗腐蚀性能和热震性能，提高匣钵的使用寿命，为锂电池正极材料的技术进步及降低生产成本提供保障。本发明目的实现，在充分掌握了限制使用寿命提高的因素基础上，主要改进组成莫来石相的骨料中加入钛酸铝微粒，同时在基质料中加入氧化钙微粒以及氧化锆微粒，从而克服现有技术的不足，实现本发明的目的。具体是这样实施的一种用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵，其特征在于原料组份的重量配比为
氧化铝 0 2 mm50% 85%
二氧化硅 0 O. 2 mm 3% 30%氧化镁 0 O. I mm 1% 15%
钛酸铝(200目1% 15%
氧化钙 (200目1% 10%
氧化锆彡200目1% 10%。本配方中，骨料中加入有钛酸铝微粒，加入的钛酸铝是一种集低热膨胀系数和高溶点的新型材料，热膨胀系数小，甚至可以出现负膨胀，是低膨胀材料中耐高温性能最好的一种，从显微结构和状态来看，内部有晶体和气孔，决定了其具有金属及其它高分子材料不具备的导热系数低，抗渣、耐碱、耐蚀，在耐磨损、耐高温、搞碱、耐腐蚀等条件苛刻的环境下广泛使用，尤其是高热震性的场合。本配方中，基质料中加入氧化钙微粒以及氧化锆微粒。加入氧化钙调节材质的酸 碱性，它在高温下与材料中氧化镁、氧化锆反应形成具有抗议碱性的复合相。加入氧化锆，通过二氧化锆的马氏体相变引入负膨胀机制，使基质的热膨胀系数降低，产生微裂纹，使之能够吸纳部分热膨胀产生的能量，减小热应力，提高匣钵的抗热震性能，同时二氧化锆的化学惰性对于匣钵的抗腐蚀能力的提高产生一定的积极作用。本发明配方对于改进匣钵的抗碱性及抗热震性能的提高产生良好的作用，经试验试用，有效使用寿命比目前普遍使用的匣钵寿命延长30% 100%。这种用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵的优选配方是原料组份的重量配比为
氧化铝为0 2 mm60% 80%
二氧化硅 0 O. 2 mm8% 20%
氧化镁 0 O. I mm4% 10%
钛酸铝(200目3% 8%
氧化钙(200目2% 5%
氧化锆彡200目2% 4%。这种用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵的制造方法是将各原料按配比混合，通过混练设备进行充分均匀混和，制成泥料并进行困料8 48小时处理后成坯料备用，坯料通过压制成型工艺制成坯件，坯件经过烘房干燥后用氧化气氛烧结，烧结温度1300 1550°C，烧成周期为36 60小时，制备得到成品匣钵。通过上述方法制备的匣钵用于锂电池正极材料的生产，具有高安定、长寿命特点，有效使用寿命比目前普遍使用的匣钵寿命延长309^100%。
具体实施例方式实施例I
采用经过精选处理的原料，各组份质量百分比为氧化铝为50%，二氧化硅为30%，氧化镁为10%，钛酸铝5%，氧化钙3%，氧化锆2%。各原料通过混练设备进行充分均匀混和，制成泥料并进行困料8小时处理后成坯料备用，坯料通过压制成型工艺制成坯件，坯件经过烘房干燥后用氧化气氛烧结，烧结温度1300°C，烧成周期为50小时，制备得到成品匣钵。经检测合格的匣钵投入试用。经锂电池正极材料试用21次，匣钵内表面不出现剥落、粉化情况，再试用10次，出现细小裂纹。
实施例2
采用经过精选处理的原料，各组份质量百分比为氧化铝为55%，二氧化硅为13%，氧化镁为4%，钛酸铝15%，氧化钙10%，氧化锆3%。各原料通过混练设备进行充分均匀混和，制成泥料并进行困料24小时处理后成坯料备用，坯料通过压制成型工艺制成坯件，坯件经过烘房干燥后用氧化气氛烧结，烧结温度1380°C，烧成周期为36小时，制备得到成品匣钵。经检测合格的匣钵投入试用。经锂电池正极材料试18次，匣钵内表面不出现剥落、粉化情况，再试用8次，出现细小裂纹。实施例3
采用经过精选处理的原料，各组份质量百分比为氧化铝为60%，二氧化硅为20%，氧化镁为15%，钛酸铝3%，氧化钙1%，氧化锆1%。各原料通过混练设备进行充分均匀混和，制成泥料并进行困料20小时处理后成坯料备用，坯料通过压制成型工艺制成坯件，坯件经过烘房干燥后用氧化气氛烧结，烧结温度1450°C，烧成周期为48小时，制备得到成品匣钵。经检·测合格的匣钵投入试用。经检测合格的匣钵投入试用。经锂电池正极材料试用25次，匣钵内表面不出现剥落、粉化情况，再试用15次，出现细小裂纹。实施例4
采用经过精选处理的原料，各组份质量百分比为氧化铝为65%，二氧化硅为14%，氧化镁为1%，钛酸铝8%，氧化钙2%，氧化锆10%。各原料通过混练设备进行充分均匀混和，制成泥料并进行困料36小时处理后成坯料备用，坯料通过压制成型工艺制成坯件，坯件经过烘房干燥后用氧化气氛烧结，烧结温度1450°C，烧成周期为50小时，制备得到成品匣钵。经检测合格的匣钵投入试用。经检测合格的匣钵投入试用。经锂电池正极材料试用16次，匣钵内表面不出现剥落、粉化情况，再试用18次，出现细小裂纹。实施例5
采用经过精选处理的原料，各组份质量百分比为氧化铝为80%，二氧化硅为8%，氧化镁为5%，钛酸铝1%，氧化钙5%，氧化锆1%。各原料通过混练设备进行充分均匀混和，制成泥料并进行困料48小时处理后成坯料备用，坯料通过压制成型工艺制成坯件，坯件经过烘房干燥后用氧化气氛烧结，烧结温度1520°C，烧成周期为60小时，制备得到成品匣钵。经检测合格的匣钵投入试用。经检测合格的匣钵投入试用。经锂电池正极材料试用23次，匣钵内表面不出现剥落、粉化情况，再试用15次，出现细小裂纹。实施例6
采用经过精选处理的原料，各组份质量百分比为氧化铝为85%，二氧化硅为3%，氧化镁为1%，钛酸铝6%，氧化钙1%，氧化锆4%。各原料通过混练设备进行充分均匀混和，制成泥料并进行困料48小时处理后成坯料备用，坯料通过压制成型工艺制成坯件，坯件经过烘房干燥后用氧化气氛烧结，烧结温度1550°C，烧成周期为60小时，制备得到成品匣钵。经检测合格的匣钵投入试用。经检测合格的匣钵投入试用。经锂电池正极材料试用22次，匣钵内表面不出现剥落、粉化情况，再试用14次，出现细小裂纹。
权利要求
1.一种用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵，其特征在于原料组份的重量配比为 氧化铝 0 2 mm50% 85% 二氧化硅 0 O. 2 mm3% 30% 氧化镁 0 O. I mm1% 15% 钛酸铝(200目1% 15% 氧化钙 (200目1% 10% 氧化锆彡200目1% 10%。
2.根据权利要求I所述的用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵，其特征在于原料组份的重量配比为 氧化铝为0 2 mm60% 80% 二氧化硅 0 O. 2 mm8% 20% 氧化镁 0 O. I mm4% 10% 钛酸铝(200目3% 8% 氧化钙(200目2% 5% 氧化锆彡200目2% 4%。
3.根据权利要求I或2所述的用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵，其特征在于制造方法是将各原料按配比混合，通过混练设备进行充分均匀混和，制成泥料并进行困料8 48小时处理后成坯料备用，坯料通过压制成型工艺制成坯件，坯件经过烘房干燥后用氧化气氛烧结，烧结温度1300 1550°C，烧成周期为36 60小时，制备得到成品匣钵。
全文摘要
一种用于锂电池正极材料焙烧的高安定长寿命匣钵，属耐火窑具的制备领域，原料组份是氧化铝0~2㎜50%~85%，二氧化硅0~0.2㎜3%~30%，氧化镁0~0.1㎜ 1%~15%，钛酸铝≤200目1%~15%，氧化钙≤200目1%~10%，对于改进匣钵的抗碱性及抗热震性能的提高产生良好的作用，经试验试用，有效使用寿命比目前普遍使用的匣钵寿命延长30%~100%。
文档编号C04B35/66GK102914165SQ20121040243
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者王立平 申请人:江苏三恒高技术窑具有限公司