镁铝尖晶石对煅烧LiNixCoyMnzO2正极材料用匣钵材料性能的影响

翟鹏涛 刘明杨 周文英 陈留刚 丁达飞 叶国田

1）河南财经政法大学 工程管理与房地产学院 河南郑州450046

2）郑州大学 材料科学与工程学院 河南郑州450001

三元正极材料LiNixCoyMnzO2（LNCM）因具有高比容量、高电压以及良好的循环稳定性，被广泛应用于电动汽车锂电池的设计与研发［1］。在工业量产过程中，将正极材料前驱体（Li2CO3或 LiOH 和NixCoyMnz（OH）2的混合物）置于匣钵（通常为堇青石质、莫来石质和刚玉质等）中，通过高温固相法来煅烧生产LNCM正极材料［2-3］。然而，在高温下，匣钵中的Al2O3、SiO2与LNCM正极材料中的Li2O反应生成了LiAlSiO4、LiAlO2和LiAl5O8等化合物，匣钵中的Al2O3与LNCM正极材料中的NiO、CoO、MnO反应形成了镍铝尖晶石固溶体（NixCoyMnz）Al2O4等产物［4］，造成了匣钵内壁的侵蚀。由于反应产物与原匣钵中的物相热膨胀系数不一致，导致了被侵蚀层的开裂与剥落，降低了匣钵的使用寿命。镁铝尖晶石具有良好的高温性能和抗侵蚀性能。镁铝尖晶石砖替代了含铬材料被广泛用于干法水泥回转窑的上过渡带，能够较好抵抗水泥物料的碱侵蚀［5-6］。匣钵材料的侵蚀一般从基质部分开始，在莫来石质匣钵中SiO2含量越高，越容易因性质活跃的碱性氧化物Li2O的侵蚀渗透而发生剥落。减少匣钵中的SiO2含量是提高莫来石质匣钵使用寿命的有效途径之一。然而，刚玉（Al2O3）因热膨胀系数较大（8.8×10-6℃-1），过量加入易导致材料的抗热震性能下降，使其在匣钵材料中的加入量受到了限制。

因此，采用混合实验法［7-8］研究了镁铝尖晶石与LNCM正极材料在高温下的界面反应以评估其抗侵蚀性能，并以镁铝尖晶石为基质制备了莫来石质匣钵材料，以探究镁铝尖晶石加入量与匣钵材料的强度以及抗热震性能的关系。……