CN103319185B - 循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层 - Google Patents

循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层 Download PDF

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Abstract

本发明公开并提供了一种制造简单、不易与锂电池材料发生反应而能避免污染锂电池材料、不会污染环境的循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层。该所述表面工作层按重量份计，它由以下组分组成：氧化锆70份～90份；氧化铈1份～5份；锂辉石1份～10份；刚玉5份～15份；上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量3份～8份的结合剂；上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的5份～10份的水。本发明可广泛应用于锂离子电池正极材料用匣钵领域。

Description

循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层
技术领域
本发明涉及一种循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层。
背景技术
目前，锂电池正极材料是利用匣钵承载物料高温煅烧而成，一般是采用匣钵来承载碳酸锂和金属氧化物（锰、钴、镍等等）进行高温反应，在高温下碱性氧化物Li2O与匣钵表层中酸性氧化物二氧化硅、两性氧化物三氧化二铝发生一定的化学反应，产生玻璃质物质，主要成分有（LiAlO2、Li2OSiO2、Li4SiO4、LiAlSiO4、（LiCoO2）.RR、Li24Mg0.8 SiO4等），国内外匣钵消耗的平均指标是每吨正极材料消耗200--300公斤 ,仅2011年中国锂电池正极材料生产消耗了超过3.4万吨的匣钵，匣钵经过冷热重复使用，一般使用20-30次就会报废。现有的匣钵一般为两种结构，一种是由单一结构的复合材料制成，但这种匣钵在使用完之后会被锂电池正极材料渗透污染后，导致匣钵表面沾覆了少量的正极材料，正极材料无法清理下来，只能进行掩埋，这样，报废的匣钵变成工业垃圾，一旦被埋入地下后，不可避免的造成重金属污染，而另一种则是分为双层结构，即在基体层表面进行喷涂，但这种结构会再使用到一定次数后，匣钵表面的喷涂层与基体理化性能发生变化，匣钵表面开始剥落，不仅污染了正极材料，造成成品率比较低，还容易引发后续锂电池的安全事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制造工艺简单、不易与锂电池材料发生反应而能避免污染锂电池材料、不会污染环境的循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层。
本发明所采用的技术方案是：所述表面工作层按重量份计，它由以下组分组成：
          氧化锆   60份～90份         氧化铈    1份～5份
          锂辉石    5份～10份          刚玉    5份～40份
          其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量3份～8份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的5份～10份。
优化的，所述表面工作层按重量份计，它由以下组分组成：
氧化锆    80份         氧化铈    2份
          锂辉石    5份          刚玉      13份
          其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量5份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的8份。
优化的，所述结合剂为水溶型粘合剂，所述结合剂为糊精或聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的至少一种。
优化的，所述表面工作层的热膨胀系数为5～6X10-6/℃、表层气孔率为   18～22%、密度3.6g/cm3。
优化的，所述氧化锆包括单斜型氧化锆和稳定性氧化锆，粒度小于5um。
优化的，所述锂辉石中氧化锂的含量为6%～6.5% ，所述锂辉石的粒度为150目～250目。
优化的，所述氧化铈的粒度为200目～320目。
优化的，所述刚玉的粒度为150目～250目。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明表面工作层由氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉、结合剂与水混合而成，所述表面工作层中含有氧化锆，其化学惰性好、抗碱服饰性能强，所述表面工作层可通过布料机或人工均匀分布在基体层表面并通过压制成型设备进行压制，成型后的所述表面工作层的热膨胀系数可达到5～6X10-6/℃，承载钴酸锂、锰酸锂、三元镍钴锰酸锂等正极材料900～1000℃使用寿命大于20次，使用过程中不起皮不剥落、不污染正极物料，并且物料取出容易，而当使用到一定次数后，所述表面工作层热膨胀系数反生变化，可轻易将所述表面工作层与基体层分离，所述基体层破碎后作为原料，节约原料成本，可减少固体废弃物的排放，所述本发明制造工艺简单、不易与锂电池材料发生反应而能避免污染锂电池材料、不会污染环境且可使匣钵回收利用。
具体实施方式
下面结合较佳实施例来详细说明本发明的具体实施方式。
本发明公开了一种循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层，所述表面工作层由氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉、结合剂与水混合而成，将所述表面工作层压覆到基体层上后，所述表面工作层的热膨胀系数为5～6X10-6/℃、表层气孔率为18～22%、密度3.6g/cm3，所述基体层1由堇青石、莫来石、刚玉、氧化铝、高岭土、活性氧化镁、锂辉石、结合剂以及水混合压制成型，所述基体层1的厚度为5～16mm。
具体来说，所述表面工作层按重量份计，它由以下组分组成：
          氧化锆   60份～90份         氧化铈    1份～5份
          锂辉石    5份～10份          刚玉    5份～40份
 其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量3份～8份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的5份～10份，所述结合剂为水溶型粘合剂，所述结合剂为糊精或聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的至少一种，优选采用羧甲基纤维素；所述氧化锆包括单斜型氧化锆和稳定性氧化锆，粒度小于5um；所述锂辉石中氧化锂的含量为6份～6.5份 ，所述锂辉石的粒度为150目～250目；所述氧化铈的粒度为200目～320目；刚玉的粒度150 目～250目范围。
所述基体层按重量份计，它由以下组分组成：
           堇青石   10份～90份       莫来石    5份～20份
           刚玉      5份～25份       氧化铝    5份～25份
           高岭土    5份～10份     活性氧化镁  5份～10份         
锂辉石    5份～10份       
其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量1份～10份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的5份～10份，所述结合剂为水溶型粘合剂，所述结合剂为糊精或聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的至少一种，优选采用羧甲基纤维素；所述堇青石的粒度为16目～25目；所述莫来石为含氧化铝40份～70份的合成莫来石，粒度为16～25目和60目～100目；所述锂辉石中氧化锂的含量为6%～6.5% ，所述锂辉石的粒度为150目～250目；所述刚玉的粒度为80目～150目；所述氧化铝为高温α型，所述氧化铝的粒度为325 目～1000目。
本发明匣钵的制作方法包括以下步骤：
（1）制作基体层1，先将莫来石、堇青石、氧化铝、刚玉、高岭土、活性氧化镁、锂辉石、结合剂混合均匀，加水搅拌20～40分钟，将上述的混合材料按照重量加到金属模具中，通过压制成型设备常温下加压5～20秒，压制成型生坯；
（2)制备含锆复合层2，将氧化锆、锂辉石、氧化铈、刚玉、结合剂混合均匀，加水搅拌10-20分钟，再将上述材料通过布料机或人工均匀分布在所述生坯表面并通过所述压制成型设备再次压制，得到匣钵半成品；
（3）将所述匣钵半成品干燥后进行烧成，条件为温度1300±50℃、时间为1～2H。
实施例一：
所述含锆复合层2按重量份计，它由以下组分组成：
氧化锆    70份         氧化铈    5份
          锂辉石    10份          刚玉      15份
          其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量3份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的5份。
    所述基体层1按重量份计，它由以下组分组成：
           堇青石   10份         莫来石    20份
           刚玉     25份         氧化铝    25份
           高岭土   10份      活性氧化镁   10份         
锂辉石   10份       
其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量3份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的5份。 
实施例二：
所述含锆复合层2按重量份计，它由以下组分组成：
氧化锆    80份         氧化铈    2份
          锂辉石    5份          刚玉      13份
          其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量5份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的8份。
    所述基体层1按重量份计，它由以下组分组成：
           堇青石    50份       莫来石    13份
           刚玉      12份       氧化铝    12份
           高岭土    8份     活性氧化镁   7份         
锂辉石    7份       
其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量5份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的8份。 
实施例三：
所述含锆复合层2按重量份计，它由以下组分组成：
氧化锆    90份         氧化铈    2份
          锂辉石    3份          刚玉      5份
          其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量8份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的10份。
    所述基体层1按重量份计，它由以下组分组成：
           堇青石    90份       莫来石     5份
           刚玉       5份       氧化铝     5份
           高岭土     5份     活性氧化镁   5份         
锂辉石     5份       
其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量8份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的10份。 
本发明可广泛应用于锂离子电池正极材料用匣钵领域。

Claims (7)

1.一种循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层，其特征在于：所述表面工作层按重量份计，它由以下组分组成：
          氧化锆   70份～90份         氧化铈    1份～5份
          锂辉石    1份～10份          刚玉    5份～15份
          其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的3份～8份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的5份～10份；所述表面工作层由氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉、结合剂与水混合而成，将所述表面工作层压覆到基体层上后，所述表面工作层的热膨胀系数为5～6×10-6/℃、表层气孔率为18～22%、密度3.6g/cm3，所述基体层由堇青石、莫来石、刚玉、氧化铝、高岭土、活性氧化镁、锂辉石、结合剂以及水混合压制成型，所述基体层的厚度为5～16mm。
2.根据权利要求1所述的循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层，其特征在于：所述表面工作层按重量份计，它由以下组分组成：
氧化锆    80份         氧化铈    2份
          锂辉石    5份          刚玉      13份
          其中，结合剂为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量5份，水为上述氧化锆、氧化铈、锂辉石、刚玉总质量的8份。
3.根据权利要求1或2所述的循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层，其特征在于：所述结合剂为水溶型粘合剂，所述结合剂为糊精或聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层，其特征在于：所述氧化锆为单斜型氧化锆或稳定性氧化锆中的至少一种，粒度小于5μm。
5.根据权利要求1或2所述的循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层，其特征在于：所述锂辉石中氧化锂的含量为6%～6.5% ，所述锂辉石的粒度为150目～250目。
6.根据权利要求1或2所述的循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层，其特征在于：所述氧化铈的粒度为200目～320目。
7.根据权利要求1或2所述的循环式锂电池正极材料用焙烧匣钵表面工作层，其特征在于：所述刚玉的粒度为150目～250目。
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