[发明专利]一种锂电池正极材料用匣钵及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂电池正极材料用匣钵及其制备方法。其中，锂电池正极材料用匣钵由流动性赋予材和粉体骨材的混合物组成，流动性赋予材选自气相氧化硅、气相氧化铝、可压缩滑石中的一种或两种以上，粉体骨材选自透锂长石、锂辉石、锂霞石、钨酸锆、堇青石、氧化铝、氧化锆、氧化镁、镁铝尖晶石、硅酸锆、镁橄榄石、顽火辉石、莫来石中的一种或两种以上。本发明通过在粉体骨材中添加流动性赋予材，从而增加了粉体骨材的流动性，完全避免了水的使用，大大加快了匣钵的生产效率，节约了生产成本和对能源的消耗。另外，本发明所使用的流动性赋予材本身就是良好的耐锂电池正极材料侵蚀的原料，可以在提高生产效率的同时增加匣钵本身的使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料用匣钵及其制备方法。

背景技术

近年来，随着技术的不断进步以及锂离子电池性能的不断提升，锂离子电池逐渐在电动汽车、笔记本电脑、智能手机、航天科技等领域得到广泛应用。锂离子电池一般是由正极材料，负极材料和电解质溶液三部分组成。其中，锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、镍酸锂(LiNiO₂)以及磷酸锂铁(LiFePO₄)等材料组成。这些锂离子电池正极材料大都是用耐火匣钵在窑炉中以高温固相合成的方法制成。

目前，锂离子电池正极材料制备用的耐火匣钵的制备方法主要是由干压法或者压力注浆法等成型。用干压法制备匣钵的时候，原料当中水的添加量大约为3～15％，而压力注浆法的水的添加量可以到达35％。用干压法或者压力注浆法制造的匣钵，一般需要经过24～72h的干燥才能进行烧结。锂离子电池正极材料制备用的耐火匣钵在进行干燥的时候，通常使用的手段为自然干燥或者强制加热等方法来去除匣钵胚体当中的水分。因为干燥的时间很长，所以被干燥的匣钵会占用相当大的面积或者消耗大量的电能。据估算，干燥成本占整个匣钵生产成本的20～45％。另外，由于表面和内部的干燥速度不同，如果强行加快干燥的进程，干燥中的匣钵容易产生开裂、起皮等问题，直接产生废胚。

为了节约干燥时消耗的电能，专利文献CN110762984A记载了一种锂电匣钵生产用干燥窑与辊道窑热量循环利用系统。这种系统旨在利用匣钵烧结时候的余热来干燥已经成型的匣钵胚体，节约了能源并且缩短了干燥的时间。但是，由于此类循环干燥系统价格高昂，结构复杂，并且占用大量的生产面积，对于生产企业来说是一笔不小的开支。

说到使用的原料，锂离子电池正极材料制备用的耐火匣钵大体是以堇青石、莫来石以及氧化铝为原料制备而成。一般的研究认为，锂离子电池正极材料对于匣钵的侵蚀机理主要是：在锂离子电池正极材料高温制备时，正极材料中的Li₂O与匣钵材料中的Al₂O₃和SiO₂发生了化学反应，生成了LiAlSiO₄、γ-LiA1O₂和LiAlSi₂O₄反应产物层。由于LiAlSiO₄、γ-LiA1O₂和LiAlSi₂O₄反应产物层厚度可以达到1mm左右，反应产物层与莫来石和堇青石的热膨胀不匹配，再加上反应产物生成所带来的体积变化，形成了局部应力，导致了匣钵壁面裂纹的产生和剥落，大大缩短匣钵的使用寿命。

在匣钵使用寿命的后半段，生成的新的矿物成分和匣钵本身结合力有限，所以在反复使用的时候，生成的新的矿物质容易从匣钵表面脱落进而附着在锂离子电池正极材料上，严重影响了锂离子电池的性能。