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锂电池正极材料承烧用堇青石-莫来石复合匣钵材料的制备及其抗侵蚀性能研究

锂电池正极材料承烧用堇青石-莫来石复合匣钵材料的制备及其抗侵...

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作者：万治清北方民族大学

学位级别：硕士

三元正极材料对匣钵具有侵蚀性,从而影响了匣钵的使用寿命。为了提高匣钵的使用性能,保障承烧正极材料的质量,本文制备了堇青石-莫来石复合匣钵,研究了复合匣钵的性能及其抗三元正极材料Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2(LNCM)的侵蚀机理,并将实验... 详细信息

三元正极材料对匣钵具有侵蚀性,从而影响了匣钵的使用寿命。为了提高匣钵的使用性能,保障承烧正极材料的质量,本文制备了堇青石-莫来石复合匣钵,研究了复合匣钵的性能及其抗三元正极材料Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2(LNCM)的侵蚀机理,并将实验室的制备方法应用到匣钵生产企业,为企业的实际生产提供了参考依据。以质量分数为40%的1mm的堇青石、22.5%的0mm的堇青石、7.5%的0mm的莫来石、25%的基质莫来石和5%的黄糊精为基础配方,在成型压力为150 MPa、烧成温度为1420℃、保温时长为3h的条件下,制备出密度为1.83g/cm3,气孔率为28%的匣钵。为了进一步提高匣钵的性能,在基础实验配方中分别添加基质高岭土和α-Al2O3,研究基质种类和比例的变化对匣钵性能的影响。结果表明,以质量分数为40%的1mm的堇青石、22.5%的0mm的堇青石、7.5%的0 mm的莫来石、25%的基质α-Al2O3和5%的黄糊精为最优配方制备的匣钵性能最优,其密度为1.9 g/cm3,气孔率为33%,抗弯强度为11.6MPa,强度保持率为76%。模拟正极材料的承烧环境,进行复合匣钵的抗侵蚀实验。侵蚀25次后,匣钵的反应层深度为100μm,渗透层深度为700μm,裂缝最宽处200μm。研究表明,渗透性极强的Li2O与莫来石、堇青石反应生成了热膨胀系数比较大的Li Al O2、Li Al Si O4等物质,体积效应和热膨胀效应导致匣钵破坏。以实验室制备匣钵的配方和工艺为基础,按照实际生产的配方,设计了5因素4水平的正交实验,以抗弯强度为指标,确定了复合匣钵制备的最优工艺。生产出的匣钵用于合成LNCM,安全使用寿命达到30次,循环使用率提升了20%。

关键词：堇青石-莫来石复合匣钵 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 抗热震性抗侵蚀性正交实验

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