[发明专利]一种锂电池正极材料焙烧用竖窑炉衬及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂电池正极材料焙烧用竖窑炉衬及其制备方法。其技术方案是：将52.0～67.0wt％的堇青石、28.0～43.0wt％的莫来石、0.5～4.5wt％的钾霞石、0.3～3.3wt％的氧化铈和0.2～4.0wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于150～180℃条件下保温3～6h，制得锂电池正极材料焙烧用竖窑炉衬。其中：结合剂为磷酸锆、磷酸镁和磷酸二氢铝中的一种；所述成型的方式为压力、浇注、捣打、涂抹中的一种。本发明具有工艺简单和生产成本低的特点；所制备的锂电池正极材料焙烧用竖窑炉衬的耐侵蚀性好、抗剥落性较好和使用寿命长，能显著降低焙烧的锂电池正极材料的污染，焙烧效果好，尤其是用于锂电池正极材料块状坯体的焙烧效果更佳。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料焙烧用炉衬技术领域。具体涉及一种锂电池正极材料焙烧用竖窑炉衬及其制备方法。

背景技术

电子设备及电动汽车的安全和性能与电池的容量及效率密切相关，因此，进行稳定性高、具有高能量密度的高性能锂电池材料的开发是近年来的热门研究项目。锂电池的正极材料由Li、Co、Mn和Ni等构成，制备工艺通常是将原料装在匣钵中并在400～1000℃条件下烧成。在此过程中，Li及Co化合物熔融而渗透到匣钵的气孔中，与构成成分反应而诱发匣钵本体的裂隙及剥离。一方面，匣钵剥离的反应物质使锂电池正极材料的品质降低；另一方面，匣钵因裂隙而破损，破损的匣钵在循环使用的过程中也存在降低所焙烧的锂电池正极材料活性的弊端。总体而言，匣钵的耐侵蚀性无法得到有效保证，也较容易向所焙烧的电池粉体中剥落进而导致锂电池正极材料性能劣化，匣钵整体使用寿命较短，较难进行后续循环利用，且无法实现电池粉体产量的大幅提升。

现有的锂电池正极材料的烧成设备是朝着将反应活性较小的物质涂覆于匣钵的表面或提高烧成设备本身热冲击抵抗性的方向发展。但是，由于匣钵表面涂覆的复杂性而难以大量生产，或存在因涂层与匣钵材料的热膨胀系数差异而出现剥离的缺点。另外，通过对匣钵表面的处理仅仅只能使匣钵本体与需焙烧的电池材料之间的反应程度降低而已，从本质上而言，无法阻隔其与锂电池正极活性物质反应，进而残留在焙烧电池粉体中，造成电池合格率下降。而且，匣钵用于盛装锂电池正极材料，配合辊道窑的间断式烧成，生产效率也较低，锂电池正极材料的产量也无法满足能源行业高速发展的需求。

总体而言，匣钵的耐侵蚀性无法得到有效保证，也较容易向所焙烧的电池粉体中剥落进而所导致的电池性能劣化，匣钵整体使用寿命较短，且较难进行后续循环利用，无法实现电池粉体产量的大幅提升。而有的竖窑炉衬技术多数用于焙烧耐火材料，用于焙烧锂电池正极材料的竖窑炉衬未见公开报道。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和生产成本低的锂电池正极材料焙烧用竖窑炉衬的制备方法；用该法所制备的锂电池正极材料焙烧用竖窑炉衬不仅耐侵蚀性好、抗剥落性较好和使用寿命长，且能降低对烧制的锂电池正极材料的污染，焙烧效果好。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：将52.0～67.0wt％的堇青石、28.0～43.0wt％的莫来石、0.5～4.5wt％的钾霞石、0.3～3.3wt％的氧化铈和0.2～4.0wt％的结合剂混合均匀，得到混合料；再将所述混合料成型，于150～180℃条件下保温3～6h，制得锂电池正极材料焙烧用竖窑炉衬。

所述堇青石的粒径小于3mm且大于等于1mm；所述堇青石的化学成分为：SiO₂含量≥50.4wt％，Al₂O₃含量≤33.9wt％，MgO含量≤13.7wt％，K₂O含量≤0.26wt％，Fe₂O₃含量≤0.13wt％。

所述莫来石的粒径小于1mm且大于等于0.045mm；所述莫来石的化学成分为：Al₂O₃含量≥55.3wt％，SiO₂含量≤40.85wt％，Fe₂O₃含量≤0.26wt％。