一种抗碱性陶瓷涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种抗碱性陶瓷涂层材料及其制备方法，主要应用于锂电池生产中。一种抗碱性陶瓷涂层材料，其特征在于它由包含复合粉料、结合剂和外加剂原料混合而成，各原料所占质量份数为：复合粉料50份、结合剂10-40份，外加剂15-40份。该涂层抗碱性能优、可在较宽温度范围内烧成，制备成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，主要应用于锂电池生产中。
技术介绍
当前锂电池应用越来越广泛，已成为信息技术中不可或缺的重要部分，竞争也 越来越激烈。锂电池生产中，正负极材料是其关键材料之一。但在该类材料高温合成中 由于强碱性物质的侵蚀、挥发等，会对承烧合成材料的耐火材料匣钵产生极大腐蚀作用， 致使耐火匣钵的使用寿命大大缩短，也会影响正负极材料的品质，从而增加锂电池的制 备成本。目前人们采取的主要技术措施是在耐火匣钵上涂覆一层具抗碱性的涂层材料， 以达到抗碱侵蚀的目的。人们已尝试应用的一些抗碱材料体系有：氧化锆系、钙镁锆系 (Caa3Mga2Zr2(PO4)3)、钡钛硅体系（BaO-TiO 2-SiO2)等。这些陶瓷涂层能在一定程度上提 高匣钵表面抗碱性，但也存在以下问题：（1)材料制备过程复杂，成本较高，且工艺性能不 好，影响抗碱涂层的使用性能；（2)抗碱涂层与匣钵基体之间物化性能匹配程度低，结合强 度不够，涂层容易开裂脱落，实际重复使用次数仍然有限；(3)抗碱涂层烧成温度可调性差 等。 为此，本专利技术经大量试验优化，提供一种工艺性能好，制备成本低，且抗碱性能优， 可在较宽温度范围内烧成的抗碱涂层配料体系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该涂层抗碱性能 优、可在较宽温度范围内烧成，制备成本低。 为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种抗碱性陶瓷涂层材料，其特征 在于它由包含复合粉料、结合剂和外加剂原料混合而成，各原料所占质量份数为：复合粉料 50份、结合剂10-40份，外加剂15-40份。 所述的复合粉料是由高温合成的含锂化合物（即γ -LiAlO2)，按质量百分数计，由 14. 0% -36. 0%的 y-LiA102、12. 0% -28. 0%的天然锂辉石、9. 0% -28. 0%的尖晶石（MA)、 3. 0% -10. 0%的 α -Α1203、0· 0% -10. 0%的 Zr02、3. 0% -17. 0%的 SiO2，各原料所占质量百 分数之和为100%，均匀混合而成。 上述复合粉料中，最佳按质量百分数计，由20% -36%的y-LiA102、20% -28% 的天然锂辉石、18%-28%的合成尖晶石（麻）、6%-10%的€141203、2%-10%的21'0 2、 4% -17%的SiO2，均匀混合而成。 所述的结合剂为化学法合成的复合磷酸盐胶（按质量份数计，即用质量百分浓度 为85%的工业磷酸100份、分析纯氢氧化铝50份、氧化锌12份、氧化铜5份，在85°C条件 下充分反应3-5h，得到透明胶体，冷却后得到结合剂）。 所述的外加剂为质量百分浓度为30%的柠檬酸溶液。 上述一种抗碱性陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1)原料的选取：各原料所占质量份数为：复合粉料50份、结合剂10-40份，外加剂 15-40份，选取复合粉料、结合剂和外加剂原料； 2)将复合粉料、结合剂和外加剂原料混合，得到抗碱性陶瓷涂层材料。 使用时，将抗碱性陶瓷涂层材料（上述这些原料均匀混合制成流动很好的陶瓷浆 料后）以各种方式直接涂覆在待用的耐火匣钵上或待修补的耐火匣钵上，并经高温烧成冷 却后即可使用。 所提供的抗碱陶瓷涂层烧成温度范围在1180°C -1350°c间，而影响涂层烧成温度 的主要因素是复合粉料中各种原料间的比例关系。如具有高熔点的化合物，如α-Α1203、 ZrO2等比例增加，会提高涂层的烧成温度；而Y-LiAlO2、锂辉石等比例增加则会减低涂层 的烧成温度；此外，原料间在高温条件下还会形成低共熔化合物，而降低烧成温度，故上述 变化规律只是一般性描述。 尖晶石（M):本实验使用尖晶石（电熔尖晶石），属于镁铝尖晶石，区别于烧结镁 铝尖晶石。工业上一般以纯度多98. 5%的轻烧MgO配入适量的高纯菱镁矿（Mg0>45. 55% ) 等做配合料，在电弧炉内经高温冶炼而成的尖晶石细粉，主要元素为Mg和Al。电熔尖晶石 具有耐高温、体密大、吸水率低、热膨胀系数小、热稳定性好、抗侵蚀能力强的特点。 本实验使用电熔尖晶石作为涂层配料之一，利用其热膨胀系数小、热稳定性好的 特点防止涂层开裂，并利用其抗侵蚀能力强的特点，以期提高涂层性能。 锂辉石（天然锂辉石）：其属于锂铝硅酸盐。化学组成：LiAl (SiO3)2。矿物组成： 1^20,41203 * 45102，其硬度6.5-7。密度3.03-3.228/〇113。膨胀系数低、导热系数高。热 稳定性良好。其具有降低烧成温度（助熔作用）；降低熔体粘度，提高玻化程度，增强涂层 光滑平整度；降低热膨胀系数，提高热稳定性，提高耐腐蚀性等特点。 本实验使用锂辉石作为涂层配料之一，以期能提高所制备陶瓷涂层的性能。锂辉 石同锂霞石均具有负膨胀特性，有更好的热稳定性。 二氧化硅：化学式：SiO2，熔点：1723°C，热稳定性强，热膨胀系数小，一般为 0.5 X 1(T6/°C。不溶于水，不溶于大部分酸，能和熔融碱类起作用。其在本抗碱涂层配料体 系中主要形成非晶相。 二氧化锆：化学式：ZrO2，熔点：2680°C。具有高熔点、低膨胀系数的性质，其是重要 的耐高温材料，同时具有很好的抗碱性能，但加入比例过大会提高涂层的烧成温度。 本专利技术抗碱陶瓷涂层材料的作用机理是：在高温烧成中，抗碱涂层材料自身形成 结构致密的陶瓷涂层，将绝大部分承烧的耐火匣钵表面孔隙封闭，且涂层与耐火材料基体 结合牢固，从而使锂电池正极材料合成中所形成的或挥发的碱性材料被抗碱陶瓷涂层隔 离，无法渗透到耐火材料基体中，而抗碱涂层本身仍可保持自身的表面完整性。 此外，本专利技术所提供的抗碱涂层除以上作用外，还具有提高耐火匣钵机械强度、热 稳定性的作用，亦有利于提高耐火匣钵的实际使用寿命。 本专利技术的有益效果是： (1)本专利技术主要针对锂电池正负极材料合成中碱性物质对耐火承烧匣钵的侵蚀损 毁而开发研制的抗碱性陶瓷涂层材料可在1180°C -1350°C较宽的温度范围内，3h烧成； (2)该涂层材料由复合粉料和结合剂（液体结合剂）、外加剂等组成。复合粉料由 高温合成的含锂化合物（即y_LiA102)、锂辉石、尖晶石（MA)、a-Al203、Zr0 2、Si02等以一 定配比组成，结合剂为化学法合成的复合磷酸盐胶，外加剂为柠檬酸溶液。使用时将上述这 些原料均匀混合制成流动很好的陶瓷浆料后，即可以各种方式直接涂覆在待用的耐火匣钵 上，并经高温烧成冷却后即可使用。 (3)该涂层具有能与耐火匣钵结合牢固，抗拉强度大于5. OMPa，涂层致密平整，能 封闭耐火匣钵表面孔隙，从而起到防止碱性材料向耐火匣钵孔隙渗透，隔离碱性材料侵蚀 的作用，而其自身又不易被碱性材料腐蚀等特点。 (4)该涂层材料组成独特，浆料工艺性能优异，抗碱性能良好，可明显提高耐火匣 钵的使用寿命，降低生产成本，并有利于提高正负极材料的合成质量。【附图说明】 图1是本专利技术实施例3的1250°C烧成结果图，a为涂层试烧结果，b为a图中局部 放大图。【具体实施方式】 为了更好地理解本专利技术，下面结合附图1及适当数目实施例进一步阐明本专利技术的 内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。 下述实施例中：所述的结合剂为化学法合成的复合磷酸盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗碱性陶瓷涂层材料，其特征在于它由包含复合粉料、结合剂和外加剂原料混合而成，各原料所占质量份数为：复合粉料50份、结合剂10‑40份，外加剂15‑40份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42