[发明专利]一种锂离子电池正极材料用匣钵

说明书

本发明公开一种锂离子电池正极材料用匣钵，由低热膨胀材料和/或负热膨胀材料与耐锂离子电池正极材料侵蚀材料组成，低热膨胀材料和/或负热膨胀材料与耐锂离子电池正极材料侵蚀材料混合后成型为匣钵胚体，经烧成后制得锂离子电池正极材料用匣钵。本发明的匣钵具有耐热冲击性和耐锂离子电池正极材料侵蚀的特性，大大提高了匣钵的使用寿命，减少了锂离子电池正极材料对耐火材料的消耗，保护了环境。本发明的匣钵不需要额外的涂层来保护匣钵，大幅减少了生产流程、所需设备和人工的使用，仅需要简单的成型设备和退火设备就能够进行生产，提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料用匣钵。

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大体是以堇青石、莫来石，以及氧化铝为原料制备而成。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-LiAlO₂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。

由于三元锂离子电池阳极材料的能量密度高，原料成本低及原料元素丰度高等优点，逐渐成为锂离子电池正极材料的重要组成部分。与锻烧一元电池正极材料(如LiCoO₂/LiMn₂O₄/LiNiO₂)的相比，烧成三元电池正极材料(LiNixCoyMn1-x-yO₂，LNCM)的温度更高，为940～1100℃。因此，锻烧三元电池正极材料用匣钵所遭受的化学侵蚀不仅由LiCoO₂/LiMn₂O₄/LiNiO₂的侵蚀转变为LiNixCoyMri1-x-yO₂的多元侵蚀，而且反应温度由800～900℃升高到940～1100℃使反应大大加剧，造成了匣钵材料壁面被侵蚀而出现了开裂和逐层剥落，使匣钵的使用寿命缩短。

为了延长匣钵的使用寿命，专利文献CN103884190A中使用了莫来石或者莫来石-堇青石为母材，然后用氧化锆、氧化铝、氮化硅、尖晶石、氧化镁等材料对匣钵母材进行涂覆进而隔绝了母材和锂离子电池正极材料的反应。但是氧化锆、尖晶石、氧化镁的热膨胀系数和母材的莫来石或者莫来石-堇青石相比差异巨大，在反复使用的过程中涂层很容易出现裂纹，附着力下降。另外，氮化硅的热膨胀系数虽然很小，但是价格偏高，提高了匣钵的生产成本。