[发明专利]钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钛酸铝‑莫来石‑刚玉匣钵及其制备方法和应用，涉及耐火材料技术领域，本发明提供的钛酸铝‑莫来石‑刚玉匣钵主要以钛酸铝、特定粒径的莫来石、特定粒径的刚玉粉、钛白粉、氧化铝、氧化镁粉和黄糊精为原料，具有使用寿命长和使用成本低的优点；另外，各原料来源广、价格低廉；本发明提供的钛酸铝‑莫来石‑刚玉匣钵的制备方法工艺步骤简单，加工简便，具有成本低、性价比高和使用寿命长的优点。将上述钛酸铝‑莫来石‑刚玉匣钵应用于锂离子电池正极材料生产中，由于该钛酸铝‑莫来石‑刚玉匣钵具有成本低、性价比高和使用寿命长的优点，因此能够有效降低陶瓷的生产成本。

技术领域

本发明涉及耐火窑具制备技术领域，尤其涉及一种钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵及其制备方法和应用。

背景技术

目前，钴酸锂和三元锂电池是国内目前广泛使用锂电池的正极材料，而大部分的正极材料的生产都是在耐火窑炉中以高温固相合成法制成，在合成过程中，承烧用的匣钵材料一般为堇青石、莫来石、石英和刚玉质为主，在这些材料中以堇青石复合莫来石质匣钵的产品应用最广。该类型匣钵是以堇青石、莫来石、以及刚玉为原料，加入部分粘土及微粉作为结合剂，在高吨位压机下压制成型，经常温养护后，再入耐火窑炉进行高温烧成制得产品。并且，国内外匣钵消耗的平均指标是每吨正极材料消耗200-300公斤，用量非常大。

传统工艺制备的莫来石堇青石质匣钵具有诸多缺点，首先，传统的莫来石堇青石质匣钵的气孔率高、体积密度小，内部杂质成分高易与锂电池中的活性元素高温下发生化学反应从而造成匣钵的寿命不长并且容易被腐蚀，腐蚀造成匣钵的剥落掉入锂电池正极材料中去，影响电池纯度；其次，机压成型过程中为了保证成型性能，必须加入高岭土及硅微粉类结合剂，而该类结合剂在高温下极易与锂电池中的锂元素发生化学反应影响匣钵的使用寿命。上述因素最终导致匣钵耐腐型性不强、寿命短、热震稳定性差且多次使用容易污染电池原料。

匣钵经过冷热重复使用，绝大部分的匣钵不会超过20次，一般也就在15次左右就会报废。造成这种情况的原因有两个：一是匣钵在高温窑炉中循环使用；二是高温下正极材料对匣钵的侵蚀所造成的剥落。在实际生产中，往往是两个因素的综合影响造成匣钵使用寿命不高。锂电池的正极材料先对匣钵腐蚀，尤其是高温下的锂氧化物具有非常高的活性，会跟匣钵中的耐火材料反应，高温下生成类似玻璃态的液相，这些液相成分在黏度的变化下不断的冲蚀匣钵的固相表面，而匣钵表面的气孔也会为这些腐蚀物提供通道，随着时间的积累，类似玻璃态的碱金属氧化物不断地往匣钵深处渗透，这个通道越来越深，侵蚀产生的杂质越来越多，生成锂霞石、硅酸锂、硅铝酸锂等低熔矿相，再加上匣钵在窑炉内的进进出出，杂质矿相的膨胀系数跟匣钵有较大差异，冷热交替从而造成匣钵表面的剥落、开裂等现象，从而影响了匣钵的使用寿命。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵，该匣钵具有耐腐蚀性强、热稳定性好、使用寿命长和使用成本低的优点，各原料来源广、价格低廉，因此匣钵的生产成本也较低。

本发明的第二目的在于提供一种钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵的制备方法，该方法工艺步骤简单，加工简便，制备得到的钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵具有成本低、性价比高、耐腐蚀性强、热稳定性好和使用寿命长的优点。

本发明的第三目的在于提供一种上述钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵在陶瓷生产中的应用，能够有效降低锂离子电池正极材料的生产成本。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵，主要由以下质量份的原料制备而成：

钛酸铝25-35份，粒径不大于1mm的莫来石15-25份，粒径不大于46.9μm的刚玉粉20-30份，钛白粉8-12份，氧化铝12-16份，氧化镁粉0.5-1.5份以及黄糊精2-4份。

进一步地，主要由以下质量份的原料制备而成：