一种复合匣钵、制备方法和应用与流程

本发明涉及材料领域，涉及一种复合匣钵、制备方法和应用。

背景技术：

1、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。

2、锂离子电池正极材料在制备时大多是用耐火匣钵在窑炉中以高温固相合成的方法制成。

3、但是，匣钵(图1，普通匣钵)经过冷、热重复使用，绝大部分的匣钵不会超过20次，一般也就在15次左右就会报废。造成这种情况的原因有两个：一是匣钵在高温窑炉中循环使用；二是高温下正极材料对匣钵的侵蚀所造成的剥落。在实际生产中，往往是两个因素的综合影响造成匣钵使用寿命不高。

4、为了提高匣钵的寿命，发明人查阅了大量文献，发现氧化锆涂层可以改进匣钵的耐腐蚀性。

5、氧化锆溶胶具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损和抗氧化等优良特性，广泛性应用于陶瓷等行业(http://www.forsman.com.cn/wap/rongjiao/1126.html)。

6、多数生产厂家采取在匣钵内垫一层4mm左右厚的氧化锆板(氧化锆与铁氧软磁体不起反应)或均匀撒上一层氧化锆沙，隔绝产品与莫来石匣钵的接触(如图2所示)。

7、也有在氧化锆涂层添加其他成分的报道，如：

8、增加单个成分增加氧化锆的性能：添加lialo2(cn109956760a)；添加氧化钇(cn113501724b)；

9、不同粒径的电熔氧化锆和其他成分组合：4～6份的60目电熔氧化锆，1～4份的100目电熔氧化锆，1～3份的200目电熔氧化锆，0.1～0.5份的六偏磷酸钠，0.1～0.5份的聚乙烯醇，和1～5份水(cn106431423a)(聚乙烯醇在常温下使用过程中溶解很缓慢，没法起到粘结作用，粘结力弱，因此，该文献中的产品没法成型)；

10、添加多种稳定剂：80目氧化钇稳定氧化锆粉，150目氧化钙稳定氧化锆粉，150目氧化钇稳定氧化锆粉，325目氧化钇稳定氧化锆粉(cn109279878a)。

11、发明人在匣钵内层表面涂覆氧化锆，产品的寿命提升接近了1倍，有次实验中意外发现，在匣钵的材料中添加磷酸锆钠后，可以将匣钵的寿命进一步提升。

12、此外，发明人还发现匣钵在使用过程中会吸收大量的氧化锂，导致材料组分发生改变，进而影响产品性能，因此，最好不要吸收氧化锂。分析匣钵在使用过程中吸收氧化锂主要有两个原因，一是匣钵气孔率高，气孔率高的达到30％，能容纳大量的氧化锂，二是与匣钵材料发生反应，生成含锂化合物，体积膨胀，导致匣钵损毁。

技术实现思路

1、为了改善现有匣钵的使用寿命和降低匣钵吸锂现象，本申请提供一种复合匣钵。

2、第一方面，本申请提供的一种复合匣钵，其原料包括：尖晶石、透锂长石、磷酸锆钠、10％聚乙烯醇溶液、水和涂层。

3、具体的，所述复合匣钵的原料包括以下重量份的成分：尖晶石55～60份、透锂长石15～30份、磷酸锆钠10～30份、10％聚乙烯醇溶液20～40份、水80～120份和涂层10～17份。

4、优选地，所述复合匣钵的原料包括以下重量份的成分：尖晶石55～57份、透锂长石15～28份、磷酸锆钠15～30份、10％聚乙烯醇溶液20～35份、水80～120份和涂层11.5～17份。

5、进一步优选，所述复合匣钵的原料包括以下重量份的成分：尖晶石55份、透锂长石20～25份、磷酸锆钠20～25份、10％聚乙烯醇溶液25～30份、水90～100份和涂层12～15份。

6、所述匣钵中：

7、所述尖晶石中，al2o3含量71～76％，mgo含量22～27％，al2o3+mgo大于98％；

8、所述尖晶石，具体为烧结尖晶石或电熔尖晶石，优选为电熔尖晶石；尖晶石粉粒度325目。

9、所述磷酸锆钠含量≥95％，粒度325目。

10、所述透锂长石，化学成分为li[alsi4o10]，其中氧化锂含量大于4％中li2o含量不低于4.0％，粒度325目；

11、所述10％聚乙烯醇溶液中含10份聚乙烯醇和90份水。

12、(说明：上述原料粒径的限定是为了在制备过程中更容易操作。)

13、所述涂层含氧化锆溶胶。

14、在涂层中还添加了10％聚乙烯醇。

15、每份涂层由氧化锆溶胶和10％聚乙烯醇溶液按照重量比100：5～8组成。

16、氧化锆溶胶在涂覆前，先将氧化锆溶胶与10％聚乙烯醇溶液混合。发明人曾经尝试单独涂覆氧化锆溶胶，但是模具上的脱模油会黏在匣钵表面，氧化锆溶胶不易黏在上面，出现涂层与匣钵分离的现象。添加了聚乙烯醇溶液后，在烧结过程中，油会烧掉，涂料和匣钵材料紧密的粘合在一起。

17、第二方面，本申请提供一种复合匣钵的制备方法，包括以下步骤：

18、1)球磨粉料，把尖晶石粉、透锂长石、磷酸锆钠、10％聚乙烯醇溶液和水研磨24～36小时，喷雾造粒，得到造粒粉，备用；

19、2)把喷雾造粒粉压制成型，在窑车上静置放置12～24小时；

20、3)把匣钵内底部涂上一层均匀的含聚乙烯醇的氧化锆溶胶，自然风干，凝胶凝固成凝胶；

21、4)将步骤3)涂好氧化锆溶胶的烘干时间；

22、5)将干燥好的匣钵，装入窑中，烧结，即得。

23、上述方法中：

24、步骤3)涂覆方法可以采用常规的任意方法，可以喷涂在表面，也可把定量涂料倒入匣钵中摊平，以定量涂料导入匣钵然后摊平为佳，量也容易控制。

25、所述步骤4)中，烘干温度为50～60℃，烘干时间为24～72小时；

26、所述步骤5)烧结方法是先在1310～1410℃温度下烧结，保温时间为3～5小时，然后随炉降温。

27、第三方面，本发明提供的复合匣钵主要应用于锂电池正极材料811、622、523等系列。

28、综上所述，本申请具有以下有益效果：

29、1、本申请提供的匣钵：

30、1)尖晶石是镁铝氧化物组成的矿物，具有抗侵蚀能力、抗磨蚀能力和热震稳定性等优点。在匣钵中引入透锂长石和磷酸锆钠，实现尖晶石材料低温烧结，并且烧结强度高，热振性能好；

31、2)通过溶胶-凝胶工艺在匣钵表面生成一层氧化锆涂层，可大幅度提高匣钵的抗碱腐蚀能力，提高使用寿命。

32、2、本发明提供的匣钵强度高，使用过程中，机械化自动操作破损率低。

技术特征：

1.一种复合匣钵，其原料包括：尖晶石、透锂长石、磷酸锆钠、10％聚乙烯醇溶液、水和涂层。

2.根据权利要求1所述的复合匣钵，其特征在于，所述复合匣钵的原料包括以下重量份的成分：尖晶石55～60份、透锂长石15～30份、磷酸锆钠10～30份、10％聚乙烯醇溶液20～40份、水80～120份和涂层10～17份。

3.根据权利要求1所述的复合匣钵，其特征在于，所述复合匣钵的原料包括以下重量份的成分：尖晶石55～57份、透锂长石15～28份、磷酸锆钠15～30份、10％聚乙烯醇溶液20～35份、水80～120份和涂层11.5～17份；优选的，所述复合匣钵的原料包括以下重量份的成分：尖晶石55份、透锂长石20～25份、磷酸锆钠20～25份、10％聚乙烯醇溶液25～30份、水90～100份和涂层12～15份。

4.根据权利要求1所述的复合匣钵，其特征在于，所述尖晶石为烧结尖晶石或电熔尖晶石，优选为电熔尖晶石。

5.根据权利要求1所述的复合匣钵，其特征在于，所述磷酸锆钠含量≥95％；所述透锂长石，化学成分为li[alsi4o10]，其中氧化锂含量大于4％中li2o含量不低于4.0％。

6.根据权利要求1所述的复合匣钵，其特征在于，所述涂层含氧化锆溶胶。

7.根据权利要求6所述的复合匣钵，其特征在于，在涂层中还添加了10％聚乙烯醇。

8.根据权利要求7所述的复合匣钵，其特征在于，每份涂层由氧化锆溶胶和10％聚乙烯醇溶液按照重量比100：5～8组成。

9.权利要求1～8任一项所述的复合匣钵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.权利要求1～8任一项所述的复合匣钵应用于锂电池正极材料811、622、523等系列。

技术总结本发明涉及一种材料领域，涉及一种复合匣钵、制备方法和应用。所述复合匣钵的原料包括：尖晶石、透锂长石、磷酸锆钠、10％聚乙烯醇溶液、水和涂层。本申请提供的匣钵：尖晶石是镁铝氧化物组成的矿物，具有抗侵蚀能力、抗磨蚀能力和热震稳定性等优点。在匣钵中引入透锂长石和磷酸锆钠，实现尖晶石材料低温烧结，并且烧结强度高，热振性能好；通过溶胶‑凝胶工艺在匣钵表面生成一层氧化锆涂层，可大幅度提高匣钵的抗碱腐蚀能力，提高使用寿命。本发明提供的匣钵强度高，使用过程中，机械化自动操作破损率低。技术研发人员：王家邦,范里,田丰,王焕平,苏利伟受保护的技术使用者：浙江吉昌锂电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11