鋰電池正極材料用抗強堿腐蝕耐高溫容器、其界面層及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋰電池正極材料燒制技術領域，具體涉及一種鋰電池正極材料用抗強 堿腐蝕耐高溫容器、其界面層及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著鋰電池向高性能動力電池方向的發展，對鋰電池正極材料的種類（如高密度 鈷酸鋰體系、高鎳三元體系）和制作條件（如燒成溫度提高）要求越來越高，相應的對燒成 鋰電池正極材料容器的性能也提出了更高的要求。容器材料不僅不能污染正極材料，還應 該具有良好的抗侵蝕性能、熱穩定性及氣氛適應性等性能。現在廣泛使用的粘土質和高鋁 質容器由于在使用過程中出現的起皮、掉渣、污染燒成材料等問題已嚴重制約鋰電池正極 材料的發展。因此，研制一種新型鋰電池正極材料用高性能容器材料具有重要意義
[0003] 鋰電池正極材料合成過程中所用的容器一般為剛玉質、莫來石質、石英質和堇青 石質耐高溫容器。其中堇青石質和剛玉質容器用的最多。但是由于合成鋰電池正極材料所 用原料在合成過程中會分解產生滲透力和反應活性強的氧化鋰對耐高溫容器進行侵蝕，同 時腐蝕反應產物會污染正極材料，造成正極材料中雜質、磁性物含量超標，降低正極材料的 比容量和能量密度，最終導致鋰電池的使用壽命、一致性及安全性降低；另一方面，容器材 料在高溫后快速冷卻時，隨著使用次數的增加，容器容易產生裂紋，容器的熱震穩定性受到 破壞，耐高溫容器的使用壽命會大大降低。
[0004] 據統計，目前用于鈷酸鋰高溫合成時，即使溫度在1000°C下，國產高溫容器平均使 用壽命只有5~6次左右，國外進口產品基本可保持在15~20次之間，但進口產品的價位 是國產數倍之多，難以滿足國內鋰電池正極材料廠家對高溫容器技術經濟指標的要求。
[0005] 綜上所述，目前國內鋰電池正極材料燒成用高溫容器使用過程中普遍存在高溫不 耐強堿腐蝕、容易開裂、使用壽命短、磁性物含量超標、易污染正極材料等問題，難以滿足新 型鋰電池正極材料的制作要求，嚴重制約鋰電池正極材料的發展，因此，本發明針從這些問 題從耐高溫容器材料體系、結構設計及制作工藝等方面進行創新，研制出具有抗強堿性腐 蝕、高熱震穩定性的耐高溫容器，滿足了新型鋰電池正極材料燒成使用要求。

【發明內容】

[0006] 為解決現有技術的不足，本發明提供了一種鋰電池正極材料用高性能耐高溫容 器、其界面層及其制備方法。
[0007] -種抗強堿高溫侵蝕界面層，包括以下質量百分含量的各個成分：氧化鋁30~ 55%、氧化娃20~50%、氧化鎳0~15%、氧化錯0~10%、氧化鎂5~25%、氧化鋰5~ 18%〇
[0008] 優選的，氧化鎳的含量大于零。
[0009] 更優選的，氧化鋯的含量大于零。
[0010] 本發明還提供了一種抗強堿高溫侵蝕界面層的制備方法，包括以下步驟：
[0011] 1)將三氯化鋁、氫氧化鋰、硝酸鎳、硝酸鋯、檸檬酸、去離子水按重量比：5~15 : 2~10 :0~10 :0~10 :1~3 :55~90稱量，置于帶有攪拌裝置的容器中，并加熱至45~ 60°C之間，繼續攪拌保溫反應1~5小時，得到混合溶液體系。
[0012] 2)用氨水（濃度為8~12%wt)將步驟1)得到的混合溶液體系pH調至9~13， 繼續攪拌〇. 5~1小時，而后繼續升溫直至水分完全蒸發，得到凝膠產物。
[0013] 3)將步驟2)得到的凝膠產物置于馬弗爐中450~550°C煅燒0.5~1小時后得 到粉末產物。
[0014] 4)將步驟3)得到的粉末產物與鋰輝石（粒度為100~200目）按重量比：70~ 95:5~20稱量，并置于混料設備中混勻，即可獲得抗強堿高溫侵蝕界面層混合料。
[0015] 優選的，步驟1)中，硝酸鎳的添加量大于零。
[0016] 更優選的，步驟1)中，硝酸鋯的添加量大于零。
[0017] 本發明還提供了一種鋰電池正極材料用抗強堿性腐蝕耐高溫容器，包括容器本體 和設置在所述容器本體工作面上的界面層，所述界面層選自權利要求1至3任一所述的抗 強堿高溫侵蝕界面層。
[0018] 優選的，所述容器本體包括以下質量百分含量的各個成分：堇青石5~50%，莫來 石5%~40%，氧化鋁2~20%，高嶺土 10%~35%，二氧化硅3~15%，硅酸鋁纖維5~ 20%
[0019] 本發明所提供的，針對鋰電池正極材料用高溫容器使用過程中開裂和腐蝕兩大問 題，通過材料體系的創新設計和制備工藝的先進性，實現了新型鋰電池正極材料高溫容器 的高性能和經濟性的完美結合，具有以下優點：
[0020] 1、設計出具有抗侵蝕材料體系作為容器與鋰電池正極材料的界面層，實現高溫抗 鋰侵蝕；
[0021] 2、高溫容器基體材料中引入表面包覆改性硅酸鋁陶瓷纖維，實現容器基體燒成后 具有網絡交錯化結構，從而提高高溫容器抗熱震性能，實現使用壽命15~20次不開裂。
[0022] 相對于現有技術，本發明的技術優勢體現在：
[0023] 1)鋰電池正極材料用抗強堿腐蝕耐高溫容器具有更高的工作溫度，可滿足鋰電池 正極材料高達1300°C的燒成需求，在900~1300°C的高溫條件下，抗強堿腐蝕高溫容器循 環使用壽命可達15~20次。
[0024] 2)鋰電池正極材料用抗強堿腐蝕耐高溫容器的抗強堿高溫侵蝕界面層物理及化 學性質穩定，不會向鋰電池正極材料中引入雜質，尤其是杜絕了磁性物雜質的引入，為生產 高品質的鋰電池正極材料提供了有力保證。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明所提供的鋰電池正極材料用高性能耐高溫容器的制作工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實施例只用于解釋本發明， 并非用于限定本發明的范圍。
【具體實施方式】
[0027]
[0028] 1、容器載體配料
[0029] 容器載體配料組成為：堇青石（粒度為16目~100目）、莫來石（粒度為8目~ 40目）、氧化鋁粒度為（150~300目）、高嶺土（粒度為120目~300目）、二氧化硅（20 目~100目）、硅酸鋁纖維（纖維平均長度：1. 0~3. 5mm纖維平均直徑：3. 0~8. 0ym)，各 組分重量百分比為：堇青石5~50 %，莫來石5 %~40 %，氧化鋁2~20 %，高嶺土 10 %~ 35 %，二氧化硅3~15 %，硅酸鋁纖維5~20 %。
[0030] 2、硅酸鋁纖維表面包覆改性
[0031] 硅酸鋁纖維的引入是為了使高溫容器載體最終形成微觀網絡交錯化燒結體，但前 提要保證硅酸鋁纖維要與其它組分顆粒料形成良好分散，因此需對纖維進行表面包覆改 性。具體包覆改性工藝如下：
[0032] (1)所選包覆改性劑為油酸、亞麻酸、硬脂酸、棕櫚酸其中的一種或幾種混合；
[0033] (2)硅酸鋁纖維與包覆改性劑按重量比：98~99. 5% :0. 5~2%稱料，置于臥式 球磨機中進行混磨，轉速為10~70轉/分鐘，混磨時間為0. 5~10小時。
[0034]3、結合濕化學法及固相法制備出具有抗鋰腐蝕特性的復合材料，材料化學組成為 氧化鋁30-55 %、氧化硅20-50 %、氧化鎳0-15 %、氧化鋯0~10 %、氧化鎂5-25 %、氧化鋰 5-18%。具體制備過程如下：
[0035] (1)三氯化鋁、氫氧化鋰、硝酸鎳、硝酸鋯、檸檬酸、去離子水按重量比：5~15%: 2~10% :0~10% :0~10% :1~3% :55~90%，稱量原料，置于帶有攪拌裝置的容器