[发明专利]一种钠离子电池正极材料烧结用匣钵及其制备方法

说明书

本发明公开了钠离子电池正极材料烧结用匣钵及其制备方法。制备方法包括如下步骤：S1、将一定质量比的镁铝尖晶石颗粒、镁铝尖晶石细粉、镁锆砂细粉和硼砂进行混合得到混合料；S2、将一定质量比的碳酸氢铵溶液、氯化镁溶液、硫酸钾溶液和四氯化钛溶液分散混合得到混合液；S3、将混合料和混合液以一定质量比进行混合、密封陈放后得到生坯；S4、将步骤S3得到的生坯机压成型后，在一定温度下干燥一段时间后高温热处理一段时间，得到钠离子电池正极材料烧结用匣钵；其中，步骤S1和S2无先后顺序。本发明的制备方法工艺简单、生产成本低，用该方法制备的钠离子电池正极材料烧结用匣钵的烧结性能好、成品率高、抗侵蚀性强和热震稳定性高。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池正极材料烧结用匣钵及其制备方法。

背景技术

钠离子电池是新能源电池中重要的组成部分，可应用于储能、消费及动力等领域(方学舟，吕景文，郑涛，等。钠离子电池正极材料的研究现状[J].电池，2021，51(2)：201-204)。钠离子电池正极材料是影响其性能的关键因素，且成本占比也最高(丁玉寅，祝鹏浩，陆继鑫，等。钠离子电池正、负极材料研究进展[J].化工科技，2022，30(1)：57-62)。自钠离子电池商业化量产以来，盛装钠离子电池正极材料的匣钵也得到了广泛的关注。

与锂离子电池正极材料不同，钠离子电池正极材料的碱性更强，在高温固相工艺中，低黏度的钠电正极前驱体对匣钵的侵蚀和渗透加剧，这导致了匣钵服役寿命的显著降低(王英男，孙辉。正极材料烧结过程产生匣钵结晶的研究[J].电源技术，2022，46(11)：1249-1252)。

目前，对钠离子电池正极材料烧结用匣钵的开发报道较少，仍沿用锂电正极材料烧结用匣钵的材质体系——即以堇青石-莫来石/尖晶石形成的复合材质为主(翟鹏涛，刘明杨，周文英，等。镁铝尖晶石对煅烧LiNi_xCo_yMn_zO₂正极材料用匣钵材料性能的影响[J].耐火材料，2021，55(2)：102-106)，虽其具有一定的优势，但堇青石-莫来石/尖晶石系匣钵在钠离子电池正极材料热处理过程中仍面临诸多问题，主要表现在以下几个方面：

(1)钠离子电池正极材料前驱体中钠源(碳酸钠或氢氧化钠)对匣钵的侵蚀更为严重，极易与匣钵本体中的酸性SiO₂组分发生反应形成钠霞石，且在钠离子电池正极材料高温(800～1000℃)热处理过程中，该反应无法避免的持续进行，并引发近30～40％的体积膨胀，导致匣钵开裂损毁。

(2)钠离子电池正极材料的黏度低，高温下熔融呈液态，对堇青石-莫来石/尖晶石质匣钵的渗透能力更强，甚至直接穿透匣钵侧壁和底部而引发钠电正极材料的流失。

(3)堇青石-莫来石/尖晶石系匣钵在作为钠电正极材料烧结用匣钵在往复服役过程中，同时面临循环热应力的损毁导致匣钵的结构剥落，一方面污染正极材料，影响钠电正极材料的纯度及电化学性能；另一方面加速了匣钵的损毁。

(4)钠电正极材料中钠源化学反应活性高，热处理过程中还易与其它游离组分如游离Al₂O₃(f-Al₂O₃)、游离SiO₂(f-SiO₂)等反应形成偏铝酸钠或偏硅酸钠/硅酸钠等高膨胀物相，加速匣钵的开裂、剥落与损毁。

(5)匣钵的结合体系也是影响其服役性能的重要因素。匣钵属于定形烧成制品，既要求具备一定的生坯强度来保障烘烤脱水阶段的整体外观，又要具有良好的成品烧结强度。而传统结合体系(如糊精等)在匣钵烧结过程中逸出，留下孔隙，降低了匣钵的致密度，损害了匣钵的抗侵蚀性能；而强酸性结合剂(如磷酸、磷酸盐等)虽然高温烧成阶段不挥发，但又易与碱性钠源反应形成低熔相。含盐类结合剂(如纸浆废液等)又难以为匣钵提供良好的早期强度，导致匣钵在成型后开裂损毁，增大了匣钵的废品率。

发明内容