CN104409693A - 正极材料钴酸锂烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法 - Google Patents

正极材料钴酸锂烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种正极材料钴酸锂烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法，属于锂离子电池制造领域。本发明是取钴酸锂生产过程中第一次烧结与第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料；在钴酸锂第一次烧结装料前，先在匣钵中均匀装上一层5--15毫米厚的上述细微颗粒料，然后再装满第一次烧结所需原料，用钢板将原料压紧，将装好原料的匣钵放到炉中进行烧结。本发明不仅能够有效防止匣钵腐蚀、防止匣钵表面层耐火材料损坏并粘结在钴酸锂产品上，延长匣钵使用寿命；且本发明所得钴酸锂产品中不会混入匣钵表层耐火材料，即Al、Mg化合物，提高了钴酸锂产品纯度，相应地改善了钴酸锂的质量。

Description

正极材料钴酸锂烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造领域，尤其一种在锂离子电池正极材料钴酸锂烧结过程中防止匣钵腐蚀从而延长匣钵使用寿命的方法。
背景技术
锂离子电池作为一种绿色储能二次电池，由于具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无环境污染等优点。近十年在技术、生产、市场上获得了快速发展，已经形成了一个大的新能源产业，越来越受到各方面的重视。锂离子电池的关键部分是正极材料，目前锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂三元材料、磷酸亚铁锂，其中以钴酸锂为正极材料的锂离子电池具有重量轻、容量大、比能量高、工作电压高、放电平稳、适合大电流放电、循环性能好、寿命长等特点，在小型电池上有无法取代的优势，是目前产量最大的锂离子电池正极材料，以钴酸锂为正极的锂离子电池主要应用于手机、MP3、MP4、蓝牙、笔记本电脑等。
随着锂电池行业的快速发展，锂电池的技术在不断进步，性能在不断提高，成本在不断降低，对锂电材料的杂质含量及克容量要求也越来越高，在目前生产钴酸锂的过程中，由于烧结温度高，高达980℃，处于熔融状态下的碳酸锂对匣钵有粘结和腐蚀作用，另外钴酸盐在反应生成过程中也会对匣钵有腐蚀作用，导致匣钵表面层耐火材料损坏严重并粘结在底部的烧结产品上，增加了钴酸锂产品中耐火材料杂质(主要是Al、Mg化合物)的含量，对钴酸锂产品的电性能有不利影响。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在锂离子电池正极材料钴酸锂烧结过程中防止匣钵腐蚀、防止匣钵表面层耐火材料损坏并粘结在钴酸锂产品上，从而延长匣钵使用寿命的方法，本发明的方法简单易行，还能改善锂离子电池正极材料钴酸锂质量。
本发明采用的技术方案如下：
正极材料钴酸锂在烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法，是指取钴酸锂生产过程中第一次烧结与第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料；在钴酸锂烧结装料前，先在匣钵中均匀装上一层5--20毫米厚的上述细微颗粒料，如厚度太小，防止匣钵腐蚀的效果较差，如厚度太大，会影响烧结产量，匣钵中装上细微颗粒底料后，再装满第一次烧结所需原料，用钢板将原料压紧，将装好原料的匣钵放到窑炉中进行烧结。具体步骤为：
(1)把待装料的匣钵清理干净；
(2)取钴酸锂生产过程中第一次烧结或第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料，放入匣钵中作为铺底料，控制铺底料的厚度为5-15mm，将铺底料用刮板刮平；
(3)在装有铺底料的匣钵中装满第一次烧结所需原料，用钢板刮平压紧，将装满原料的匣钵放入推板窑中进行烧结；
(4)将烧好的烧结块料倒入不锈钢桶中，将烧结块料与匣钵分离；
(5)将烧结块料加入粉碎分级机中，得到D50为8-12um的成品料，同时，布袋除尘器收集到细微颗粒料；
(6)将布袋除尘器收集到的细微颗粒料用作为下一批烧结料的铺底料，将成品料计量放入不锈钢桶中作为二烧料。
上述细微颗粒料为钴酸锂细粉。
进一步地，所述第一次烧结所需原料为Co3O4与Li2CO3混合料。
进一步地，所述烧结是在950-980℃下，烧结10-15小时。
由于钴酸锂生产过程通常要采用气流粉碎，则不可避免产生一定量(一般在2％-3％左右)的细微颗粒料钴酸锂细粉，其粒度极小，一般D50在1-2um左右，比表面积大，在制作锂电池时，电极片的加工性能不好，无法作为正常品进行电池生产使用，行业中常见的处理方式是将其返回到二次混合料中进入二次烧结。
这些细微颗粒料的主要成分是钴酸锂，其中不含游离的碳酸锂，不会产生熔融物，不会与匣钵材料中的Al2O3、MgO等发生化学反应，也不会与匣钵底部产生粘结导致匣钵底脱皮而影响钴酸锂产品的纯度，这样既可防止匣钵底腐蚀，延长匣钵使用寿命，也可防止匣钵底的耐火材料脱皮而污染产品。将其在匣钵底部铺上一层后，烧结时将匣钵与原料氧化钴、碳酸锂隔离，不会与匣钵发生化学反应。因此，不会对匣钵有粘结和腐蚀作用，延长了匣钵的寿命，同时，烧结后的产品不会粘结耐火材料，钴酸锂产品中就不会混入含Al、Mg化合物的耐火材料，提高了钴酸锂产品纯度，相应地改善了钴酸锂的质量；而且由于不粘连，在第一次烧结过程完成后，在倒料时，容易实现烧好的钴酸锂产品与匣钵底很好地分离。
综上所述，本发明通过将钴酸锂生产过程中由气流粉碎产生的钴酸锂细粉预先铺在匣钵内，再倒入原料进行烧结，产生的有益效果为：
1、提供了一种综合利用钴酸锂细粉的新方法，能够有效防止匣钵腐蚀；
2、防止匣钵表面层耐火材料损坏并粘结在钴酸锂产品上，延长匣钵使用寿命。一般匣钵正常使用寿命为15-20天，采用本发明的方法后，可以将使用寿命延长至30-35天。
3、使用本方法后，由于不粘连，在倒料时，容易实现烧好的钴酸锂产品与匣钵底很好地分离。
4、使用本方法后，由于不粘连，钴酸锂产品中不会混入匣钵表层耐火材料，即混入Al、Mg化合物，提高了钴酸锂产品纯度，相应地改善了钴酸锂的质量。
具体实施方式
本发明提供了一种在锂离子电池正极材料钴酸锂烧结过程中防止匣钵腐蚀、防止匣钵表面层耐火材料损坏并粘结在钴酸锂产品上，从而延长匣钵使用寿命的方法，是指取钴酸锂生产过程中第一次烧结与第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料钴酸锂细粉；在钴酸锂第一次烧结装料前，先在匣钵中均匀装上一层5--15毫米厚的上述细微颗粒料，然后再装满第一次烧结所需原料，用钢板将原料压紧，将装好原料的匣钵放到炉中进行烧结。具体步骤为：
(1)把待装料的匣钵清理干净；
(2)取钴酸锂生产过程中第一次烧结或第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料，放入匣钵中作为铺底料，控制铺底料的厚度为5-15mm，将铺底料用刮板刮平；
(3)在装有铺底料的匣钵中装满第一次烧结所需原料，用钢板刮平压紧，将装满原料的匣钵放入推板窑中进行烧结；
(4)将烧好的烧结块料倒入不锈钢桶中，将烧结块料与匣钵分离；
(5)将烧结块料加入粉碎分级机中，得到D50为8-12um的成品料，同时，布袋除尘器收集到细微颗粒料；
(6)将布袋除尘器收集到的细微颗粒料用作为下一批烧结料的铺底料，将成品料计量放入不锈钢桶中作为二烧料。
在本发明的一些实施例中，所述第一次烧结所需原料为Co3O4与Li2CO3混合料。
在本发明的一些实施例中，所述烧结是在950-980℃下，烧结10-15小时。
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述。
实施例1
取钴酸锂生产过程中第一次烧结与第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料；准备两个同样的匣钵进行对比试验，第一个匣钵(编号为1号)中不装细微颗粒料；第二个匣钵(编号为2号)先装10毫米左右厚的细微颗粒料作为铺底料在980℃下烧结15小时，经窑内冷却后，倒入装料桶中。
具体步骤为：
(1)把待装料的1号和2号匣钵清理干净；
(2)取钴酸锂生产过程中第一次烧结或第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料，放入2号匣钵中作为铺底料，控制铺底料的厚度为5-15mm，将铺底料用刮板刮平；
(3)在1号匣钵中直接装满烧结原料Co3O4与Li2CO3混合料，在装有铺底料的2号匣钵中装满烧结原料Co3O4与Li2CO3混合料，两个匣钵的烧结原料相同，用钢板将原料刮平压紧，将装满原料的匣钵放入推板窑中，在980℃下烧结15小时；
(4)将烧好的烧结块料倒入不锈钢桶中，将烧结块料与匣钵分离；并观察匣钵与烧结块的粘连情况；
(5)将烧结块料加入粉碎分级机中，得到D50为10um左右的成品料，同时，布袋除尘器收集到细微颗粒料；
(6)将布袋除尘器收集到的细微颗粒料用作为下一批烧结料的铺底料，将成品料计量放入不锈钢桶中作为二烧料。
烧结的结果为：1号匣钵所得烧结饼底部粘结上了一层耐火材料；同时1号匣钵表面已被腐蚀，不光滑，呈现淡黄色。2号匣钵所得烧结饼底部没有粘结耐火材料，保持灰黑色，同时2号匣钵表面没有腐蚀，表层光滑平整。试验可以说明，在匣钵内铺上钴酸锂细粉，可以防止匣钵腐蚀，防止匣钵表面层耐火材料损坏并粘结在钴酸锂产品上。
上述试验所得的两个烧结产品中的杂质铝、镁含量及电性能见表1。
表1 烧结产品中的杂质铝、镁含量及电性能
编号 1 2
方法对比 不装细微颗粒料铺底 装10毫米厚细微颗粒料铺底
铝含量 0.0145％ 0.0042％
镁含量 0.0106％ 0.0025％
首次放电容量 146.7mAh·g-1 148.6mAh·g-1
第50次放电容量 142.8mAh·g-1 145.7mAh·g-1
从表1的数据可以看出，采用细微颗粒料钴酸锂细粉铺底后，所得产品中的Al、Mg杂质含量明显降低，将烧结产品制成电极材料后，其电性能也更优。
实施例2
正极材料钴酸锂在烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法，包括以下步骤：
(1)把待装料的匣钵清理干净；
(2)取钴酸锂生产过程中第一次烧结或第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料，放入匣钵中作为铺底料，控制铺底料的厚度为5mm，将铺底料用刮板刮平；
(3)在装有铺底料的匣钵中装满第一次烧结所需原料，用钢板刮平压紧，将装满原料的匣钵放入推板窑中进行烧结，在950℃下烧结10小时；
(4)将烧好的烧结块料倒入不锈钢桶中，将烧结块料与匣钵分离；
(5)将烧结块料加入粉碎分级机中，得到D50为8um的成品料，同时，布袋除尘器收集到细微颗粒料；
(6)将布袋除尘器收集到的细微颗粒料用作为下一批烧结料的铺底料，将成品料计量放入不锈钢桶中作为二烧料。
烧结的结果为：所得烧结饼底部没有粘结耐火材料，保持灰黑色，同时匣钵表面没有腐蚀，表层光滑平整。
实施例3
正极材料钴酸锂在烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法，包括以下步骤：
(1)把待装料的匣钵清理干净；
(2)取钴酸锂生产过程中第一次烧结或第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料，放入匣钵中作为铺底料，控制铺底料的厚度为5-15mm，将铺底料用刮板刮平；
(3)在装有铺底料的匣钵中装满第一次烧结所需原料，用钢板刮平压紧，将装满原料的匣钵放入推板窑中进行烧结，在960℃下烧结12小时；
(4)将烧好的烧结块料倒入不锈钢桶中，将烧结块料与匣钵分离；
(5)将烧结块料加入粉碎分级机中，得到D50为12um的成品料，同时，布袋除尘器收集到细微颗粒料；
(6)将布袋除尘器收集到的细微颗粒料用作为下一批烧结料的铺底料，将成品料计量放入不锈钢桶中作为二烧料。
烧结的结果为：所得烧结饼底部没有粘结耐火材料，保持灰黑色，同时匣钵表面没有腐蚀，表层光滑平整。
综上所述，本发明的方法简单易行，不仅可以防止匣钵腐蚀，防止匣钵表面层耐火材料损坏并粘结在钴酸锂产品上，还能减少电极材料钴酸锂中的杂质含量，提高电性能。

Claims (4)

1.正极材料钴酸锂在烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)把待装料的匣钵清理干净；
(2)取钴酸锂生产过程中第一次烧结或第二次烧结的烧后料在气流粉碎、分级过程中由布袋除尘器收到的细微颗粒料，放入匣钵中作为铺底料，控制铺底料的厚度为5-15mm，将铺底料用刮板刮平；
(3)在装有铺底料的匣钵中装满第一次烧结所需原料，用钢板刮平压紧，将装满原料的匣钵放入推板窑中进行烧结；
(4)将烧好的烧结块料倒入不锈钢桶中，将烧结块料与匣钵分离；
(5)将烧结块料加入粉碎分级机中，得到D50为8-12um的成品料，同时，布袋除尘器收集到细微颗粒料；
(6)将布袋除尘器收集到的细微颗粒料用作为下一批烧结料的铺底料，将成品料计量放入不锈钢桶中作为二烧料。
2.根据权利要求1所述的正极材料钴酸锂在烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法，其特征在于：所述细微颗粒料是钴酸锂细粉。
3.根据权利要求2所述的正极材料钴酸锂在烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法，其特征在于：所述第一次烧结所需原料为Co3O4与Li2CO3混合料。
4.根据权利要求3所述的正极材料钴酸锂在烧结过程中防止匣钵腐蚀的方法，其特征在于：所述烧结是在950-980℃下，烧结10-15小时。
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