[发明专利]一种特种陶瓷材料的制备方法以及该材料的应用

说明书

本发明提供了一种特种陶瓷材料的制备方法以及该材料的应用，通过调整特种陶瓷材料基体材料的原料组分及其含量，并添加一定粒径的三维网络结构氧化铝气凝胶微粉和纳米堇青石粉、纳米莫来石粉，制备过程中，先将其先分散于无水乙醇中超声搅拌相互掺杂后，再将其与其他剩余特种陶瓷材料基体材料混合，可以使氧化铝气凝胶微粉和纳米堇青石粉、纳米莫来石粉产生协同作同，即使纳米堇青石粉和纳米莫来石粉在抵抗锂离子侵蚀过程产生的热震被氧化铝气凝胶的三维网络结构缓冲掉，使其分别具有的抗热震性和抗侵蚀性得到充分配合，优势互补，进一步延长特种陶瓷材料的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种特种陶瓷材料的制备方法以及该材料的应用，具体涉及一种兼具抗侵蚀性和抗热震性的特种陶瓷材料的制备方法及该材料的应用。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断更新以及锂离子电池性能的不断提升，锂离子电池在手机、笔记本电脑、新能源汽车、储能等领域具有广泛的发展前景。尤其是最近各国均宣布了停售传统燃油车时间表，中国将在2025年停售燃油车，旨在大力推行节能环保的新能源汽车，而新能源汽车最重要的部件就是可充电电池。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液以及隔膜构成。其中，正极材料中包括磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰、镍钴铝三元系正极材料等；负极材料包括石墨、钛酸锂等材料。正负极材料的性能决定了电池的基本性能，尤其是能量密度等。正极材料的生产过程可简单描述为：将正极材料的前体，即金属氧化钴或氢氧化物，例如氧化钴、四氧化三钴、氢氧化钴、氢氧化镍钴锰、氢氧化镍钴、氢氧化镍钴铝、氢氧化镍锰等，与锂源(例如碳酸锂、氢氧化锂等)按照一定的比例混合后，按照一定的量装入一个陶瓷匣钵内，然后于高温800～1100℃进行长时间的烧结。

在烧制锂电池正极材料用锂氧化物的过程中，为了保证最终氧化物中含有足够量的锂，多使用过量锂源参与高温反应，在高温下碱性锂氧化物具有非常高的活性，会跟匣钵中的材料反应，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。

申请号为CN201410174356.7的中国发明专利公开了一种抗碱腐蚀性匣钵的配制方法，包括：1)将无水氯化镁与阿尔法氧化铝为基质料填充烧结合成铝镁尖晶石，将合成的所述铝镁尖晶石与钠米伽玛氧化铝混合，得到细颗粒；2)将粗颗粒与所述细颗粒按照6:4比例进行颗粒配比混合，粗颗粒60％，细颗粒40％，其中，所述粗颗粒包括电熔莫来石与电熔锆刚玉的混合物；3)将混合好的上述原料放入薄膜带内挤出空气后扎紧，在无水树脂黏结剂作用下压制成型；4)将压制成型后的毛胚养护预设时间后，进行装窑烧成得到成品，该发明通过添加镁铝尖晶石来有效抵抗强碱的腐蚀。

申请号为CN200910146662.9的中国发明专利公开了一种匣钵，是用于制造锂离子电池的正极活性物质的匣钵，含有尖晶石30质量％～70质量％、堇青石15质量％～70质量％和莫来石0质量％～35质量％，考察到尖晶石有助于针对烧成时的正极活性物质的原料的扩散的耐蚀性。因此可以认为，当尖晶石的含有率不到30质量％时，针对正极活性物质的原料的扩散的耐蚀性降低。另一方面可以认为，当尖晶石的含有率超过70质量％时，匣钵的热膨胀率增高，容易发生裂纹，该匣钵为热膨胀率不高于含有90％以上的氧化镁或尖晶石的匣钵的组成，因此能够抑制制造正极活性物质时的降温工序中的裂纹的发生。

以前，匣钵采用刚玉、莫来石、碳化硅等材料，抗侵蚀性大大提高，但由于这类材料抗热震性差，成本高，低温使用寿命低。当前，匣钵普遍采用刚玉、莫来石中添加董青石或董青石中添加刚玉、莫来石、氧化铝。此类材料前者称莫来石结合董青石，后者称董青石结合莫来石。这种混合材料抗侵蚀性会有所提高，但抗热震性也会随之降低，因此使用效果也并不理想，并没有很好解决抗侵蚀性和使用寿命的矛盾。