锂离子电池正极材料烧成用匣钵显微结构及性能研究

作     者：解华婧 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任耘

授予年度：2020年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：钴酸锂 匣钵 莫来石-堇青石质 抗热震性 抗侵蚀性 

摘      要：钴酸锂是目前市场占比较大的正极材料之一,其烧成过程对匣钵材料的侵蚀较为严重。目前国内使用的匣钵在烧成过程中经常出现剥落起皮现象,甚至匣钵材料直接断裂,不仅影响匣钵材料的强度,使其寿命缩短,且会对正极材料的品质产生较为严重的影响。本文对收集到的国内外匣钵材料进行物相组成和显微结构剖析,并据此确定实验配方。剖析结果表明,匣钵材料大多为莫来石-堇青石质,此外还添加有刚玉和镁铝尖晶石。本文选用抗热震性优越的堇青石与力学性能优异的莫来石为骨料,添加高岭土、滑石和α-AlO为细粉在基质中原位生成堇青石,制备莫来石-堇青石质匣钵试样。并通过添加镁铝尖晶石粉,改善匣钵试样的抗侵蚀性能。通过模拟锂离子电池正极材料钴酸锂热处理过程的方法,进行莫来石-堇青石质匣钵试样抗侵蚀实验,研究了正极材料钴酸锂对匣钵试样的侵蚀机理。研究表明,以莫来石和堇青石为骨料,添加高岭土、滑石和α-AlO在基质中原位生成堇青石,在1350℃保温3 h条件下制备的莫来石-堇青石质匣钵试样具有良好的抗热震性和抗正极材料侵蚀性能,试样的常温抗折强度和耐压强度分别为11.2 MPa和50.2 MPa,在900℃下热震循环3次以后的强度保持率达到47.0%。基质中的颗粒分散均匀,有少量近似圆形的气孔(孔径d50μm),颗粒与基质的结合较紧密。正极材料沿气孔进入匣钵试样内部,经钴酸锂侵蚀3次后,渗透深度约4 mm,反应产物主要有LiSi O、β-Li Al Si O和Li Al O,填充试样内部的气孔和裂纹,可阻碍正极材料进一步侵蚀匣钵试样,有利于提高匣钵试样的抗侵蚀性。添加镁铝尖晶石粉后,试样的力学强度有所下降,常温抗折强度和耐压强度分别为9.2MPa和54.5MPa,热震循环3次以后的强度保持率达到55.7%。经钴酸锂侵蚀3次后,渗透深度约2mm,反应产物仅有Li Al O,镁铝尖晶石粉的添加有效改善了试样的抗侵蚀性。