[发明专利]一种高镍三元材料烧结用匣钵及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高镍三元材料烧结用匣钵及其制备方法，通过采用粉末热喷涂方法在匣钵与正极材料接触的内侧匣钵面喷涂一层涂层即得所述高镍三元材料烧结用匣钵，所述涂层包含如下质量分数的组分：45～50％LiAlO₂、45～50％ZrO₂、0～10％TiO₂、0～10％MgO，其中，LiAlO₂的粒径为3～25μm，ZrO₂的粒径为5～35μm，TiO₂的粒径为3～25μm，MgO的粒径为3～25μm。本发明所述涂层将电池三元正极材料和匣钵基体隔离，其优良的抗腐蚀性防止匣钵基体被腐蚀，使匣钵烧结材料的次数成倍的增加。本发明还通过控制涂层材料的种类和粒径，使得即使匣钵在后期使用过程中有少量脱落，脱落杂质掺杂到材料中也不会影响材料性能，从而再次提高匣钵的使用次数，进而增加匣钵的使用寿命，降低成本。

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，更具体地，涉及一种高镍三元材料烧结用匣钵及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具备储存能量大、可快速充放电、循环寿命长、资源可循环利用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，而高镍含量镍钴锰酸锂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，高镍三元正极材料通常采用前驱体混合氢氧化锂在700～900℃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。

煅烧制备高镍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。此外，相对于锰酸锂、钴酸锂等一元正极材料，高镍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，从而匣钵报废。对于耐高温腐蚀的锂电池三元正极材料匣钵方面的研究尚少。现有技术大多采用莫来石、堇青石及尖晶石材料制备匣钵，其主要组分有SiO₂、Al₂O₃、MgO等，并添加氧化锂等碱性成分来提高抗锂侵蚀能力。然而引入氧化锂、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。目前，有相关文献专利报道了在锂电池三元正极材料匣钵上增加涂层的方法，以提高锂电池三元正极材料匣钵的耐腐蚀能力。但这些方法都是基于传统陶瓷釉面的制作方法，即在匣钵胚上涂上涂层，然后高温烧结。该方法存在能耗高，涂层一致差，同时在涂层材料上没有突破，其高温下抗锂氧化物的渗透侵蚀效果也不尽如人意。

因此，很有必要提供一种具有较好的耐渗透侵蚀效果、抗热震能力强、能耗低的高镍三元材料烧结用匣钵及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高镍三元材料烧结用匣钵。本发明提供的匣钵具有较好的耐渗透侵蚀性能，使用寿命长、能耗低。

本发明的另一目的在于提供上述高镍三元材料烧结用匣钵的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高镍三元材料烧结用匣钵，通过采用粉末热喷涂方法在匣钵与正极材料接触的内侧匣钵面喷涂一层涂层即得所述高镍三元材料烧结用匣钵，

所述涂层包含如下质量分数的组分：45～50％LiAlO₂、45～50％ZrO₂、0～10％TiO₂、0～10％MgO，其中，LiAlO₂的粒径为3～25μm，ZrO₂的粒径为5～35μm，TiO₂的粒径为3～25μm，MgO的粒径为3～25μm。