一种适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬的制作方法

1.本发明涉及一种回转窑用内衬，具体涉及一种适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用内衬。


背景技术：

2.随着锂电新能源产业的高速发展，锂电池对锂电正极材料的需求量呈现井喷状态，为了实现锂电正极材料适应锂电新能源整体产业的发展需求，正极材料体系也不断再丰富，钠离子正极材料也在蓬勃发展中，另外一方面也需要从制造工艺方面来优化、降低锂电正极材料的总体成本。其中烧结环节就是一个很重要的方面，传统辊道窑主要用电烧结，导致烧结成本在正极材料的成本构成中占比高到10%。因此急需开发一种基于天然气烧结的回转窑炉用于正极材料的烧结，用于降低正极材料的烧结成本。
3.但是采用燃气回转窑烧结正极材料，需要解决一个关键技术难点，即回转窑内衬结构材料需满足三大特性：（1）在高温（800℃以上）下耐强碱性腐蚀；（2）高耐磨特性；（3）热膨胀系数与外金属套筒相匹配。目前市场上的内衬结构材料还不能满足以上条件。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有高温耐强碱腐蚀、高耐磨、热膨胀系数与金属套筒相匹配的适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬。
5.技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的一种适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬，它包括以下步骤，（1）按照摩尔比1:1称取硝酸镁和硝酸铝后，将两者溶于去离子水中；（2）按硝酸镁和硝酸铝的总量与柠檬酸的摩尔比为（3-5）：1，称取含量99%以上的食品级柠檬酸晶体，然后将柠檬酸晶体加入到步骤（1）的溶液中搅拌溶解充分，然后将溶解有上述三者物质的溶液加热至80-100℃，搅拌保温1-3小时后，得到呈浅黄色的胶体状分散液；（3）级配颗粒骨料，即将不同粒径的碳化硅颗粒、刚玉颗粒、镁铝尖晶石颗粒，按照重量比3：3：4称料，同时加入碳酸钡粉末，其用量为三种颗粒料总质量的3-5%，混合搅拌均匀备用；（4）将步骤（2）制得的浅黄色胶体状分散液加入步骤（3）的级配混合处理的混合骨料，然后充分混合均匀，而后陈化48小时；（5）成型：将步骤（4）陈化充分的混合料根据窑炉内衬结构捣打成型；（6）烧结：将步骤（5）中的半成品置于高温窑炉中，升温烧结，即可获得纳米级碱性结合相耐高温抗强碱性腐蚀的窑炉内衬制品。
6.进一步地，步骤（3）中，碳化硅颗粒的粒径为1-3mm，刚玉颗粒的粒径为0.5-1mm，镁铝尖晶石颗粒的粒径为0-0.5mm。
7.进一步地，步骤（1）中，去离子水的用量为硝酸镁和硝酸铝两者总重量的90-95倍。
8.进一步地，步骤（6）中，升温烧结曲线为，温度区间
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
时间，0-200℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
400分钟，200-600℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
400分钟，600-1200℃
ꢀꢀꢀꢀꢀ
300分钟，1200-1600℃
ꢀꢀꢀꢀ
200分钟，1600-1800℃
ꢀꢀꢀꢀ
180分钟。
9.有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）以柠檬酸为络合剂、稳定剂，制备了按镁铝尖晶石结构配比的铝镁溶胶体；（2）通过铝镁溶胶作为结合相，同时通过引入碳酸钡作为助溶剂，实现了窑炉内衬材料总体上是碱性状态，同时热膨胀系数又在适宜范围之内，实现了抗强碱腐蚀与抗热震性的统一；（3）通过采用三种核心骨料（碳化硅、刚玉、美铝尖晶石）相结合的方式，来满足内衬结构料的高温耐强碱、耐磨、热膨胀系数与金属相匹配这三个特性。
实施方式
10.下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
11.一种适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬，它包括以下步骤，（1）按照摩尔比1:1称取硝酸镁和硝酸铝后，将两者溶于去离子水中；（2）按硝酸镁和硝酸铝的总量与柠檬酸的摩尔比为4.5：1，称取含量99%以上的食品级柠檬酸晶体，然后将柠檬酸晶体加入到步骤（1）的溶液中搅拌溶解充分，然后将溶解有上述三者物质的溶液加热至85℃，搅拌保温2.5小时后，得到呈浅黄色的胶体状分散液；（3）级配颗粒骨料，即将不同粒径的碳化硅颗粒、刚玉颗粒、镁铝尖晶石颗粒，按照重量比3：3：4称料，同时加入碳酸钡粉末，其用量为三种颗粒料总质量的4%，混合搅拌均匀备用；（4）将步骤（2）制得的浅黄色胶体状分散液加入步骤（3）的级配混合处理的混合骨料，然后充分混合均匀，而后陈化48小时；（5）成型：将步骤（4）陈化充分的混合料根据窑炉内衬结构捣打成型；（6）烧结：将步骤（5）中的半成品置于高温窑炉中，升温烧结，即可获得纳米级碱性
结合相耐高温抗强碱性腐蚀的窑炉内衬制品。
12.步骤（3）中，碳化硅颗粒的粒径为1.5mm，刚玉颗粒的粒径为0.6mm，镁铝尖晶石颗粒的粒径为0.3mm。
13.步骤（1）中，去离子水的用量为硝酸镁和硝酸铝两者总重量的92倍。
14.步骤（6）中，升温烧结曲线为，温度区间
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
时间，150℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
400分钟，450℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
400分钟，1000℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
300分钟，1400℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
200分钟，1650℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
180分钟。
实施例2
15.一种适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬，它包括以下步骤，（1）按照摩尔比1:1称取硝酸镁和硝酸铝后，将两者溶于去离子水中；（2）按硝酸镁和硝酸铝的总量与柠檬酸的摩尔比为3.5：1，称取含量99%以上的食品级柠檬酸晶体，然后将柠檬酸晶体加入到步骤（1）的溶液中搅拌溶解充分，然后将溶解有上述三者物质的溶液加热至95℃，搅拌保温2小时后，得到呈浅黄色的胶体状分散液；（3）级配颗粒骨料，即将不同粒径的碳化硅颗粒、刚玉颗粒、镁铝尖晶石颗粒，按照重量比3：3：4称料，同时加入碳酸钡粉末，其用量为三种颗粒料总质量的3.5%，混合搅拌均匀备用；（4）将步骤（2）制得的浅黄色胶体状分散液加入步骤（3）的级配混合处理的混合骨料，然后充分混合均匀，而后陈化48小时；（5）成型：将步骤（4）陈化充分的混合料根据窑炉内衬结构捣打成型；（6）烧结：将步骤（5）中的半成品置于高温窑炉中，升温烧结，即可获得纳米级碱性结合相耐高温抗强碱性腐蚀的窑炉内衬制品。
16.步骤（3）中，碳化硅颗粒的粒径为2mm，刚玉颗粒的粒径为0.8mm，镁铝尖晶石颗粒的粒径为0.2mm。
17.步骤（1）中，去离子水的用量为硝酸镁和硝酸铝两者总重量的93倍。
18.步骤（6）中，升温烧结曲线为，温度区间
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
时间，180℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
400分钟，550℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
400分钟，1100℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
300分钟，1500℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
200分钟，1750℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
180分钟。
19.本发明以柠檬酸为络合剂、稳定剂，制备了按镁铝尖晶石结构配比的铝镁溶胶体；
通过铝镁溶胶作为结合相，同时通过引入碳酸钡作为助溶剂，实现了窑炉内衬材料总体上是碱性状态，同时热膨胀系数又在适宜范围之内，实现了抗强碱腐蚀与抗热震性的统一；通过采用三种核心骨料（碳化硅、刚玉、美铝尖晶石）相结合的方式，来满足内衬结构料的高温耐强碱、耐磨、热膨胀系数与金属相匹配这三个特性。
20.本发明中，（1）当内衬材料整体处于碱性状态的时候，其热膨胀系数是比较大的，以尖晶石为例，热膨胀系数是超过10*10-6
的，这时候其热震性是比较差的，但是本发明中巧妙的利用可溶性的镁、铝盐通过化学溶胶法实现了镁铝原子级别的分散与结合的溶胶颗粒，通过高温烧结后这些镁铝尖晶石相作为结合相大量分布在颗粒与颗粒的结合处，此时虽然其热膨胀系数还是比价大的，但是因为镁铝尖晶石是原子级别结合，因此其颗粒尺寸是属于纳米级的，这个时候因为热胀冷缩带来的尺寸收缩就可以忽略不计，从而使得整体内衬材料表现出与颗粒材料一样的膨胀收缩尺寸，从而实现了既可以利用镁铝尖晶石来抵抗碱性腐蚀，同时也满足了高温热稳定性的要求；（2）三中核心骨料的配合作用，在加上颗粒周围包覆的纳米级镁铝尖晶石结合相，就实现了高温耐强碱、耐磨、热膨胀系数与金属相匹配这三个特性。具体来说就是，碳化硅颗粒起到提升耐磨以及平衡导热系数的作用；刚玉颗粒热膨胀系数居中，起到结构稳定的作用；美铝尖晶石颗粒是增强抗碱性，膨胀系数最大。铝镁溶胶体是通过在颗粒表面形成碱性包覆来达到所有颗粒均提升抗碱性的目的。碳酸钡的引入是促进烧结，提升整体结构强度的作用。
21.本发明的性能对比表如下：本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

技术特征：
1.一种适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬，其特征在于：它包括以下步骤，（1）按照摩尔比1:1称取硝酸镁和硝酸铝后，将两者溶于去离子水中；（2）按硝酸镁和硝酸铝的总量与柠檬酸的摩尔比为（3-5）：1，称取含量99%以上的食品级柠檬酸晶体，然后将柠檬酸晶体加入到步骤（1）的溶液中搅拌溶解充分，然后将溶解有上述三者物质的溶液加热至80-100℃，搅拌保温1-3小时后，得到呈浅黄色的胶体状分散液；（3）级配颗粒骨料，即将不同粒径的碳化硅颗粒、刚玉颗粒、镁铝尖晶石颗粒，按照重量比3：3：4称料，同时加入碳酸钡粉末，其用量为三种颗粒料总质量的3-5%，混合搅拌均匀备用；（4）将步骤（2）制得的浅黄色胶体状分散液加入步骤（3）的级配混合处理的混合骨料，然后充分混合均匀，而后陈化48小时；（5）成型：将步骤（4）陈化充分的混合料根据窑炉内衬结构捣打成型；（6）烧结：将步骤（5）中的半成品置于高温窑炉中，升温烧结，即可获得纳米级碱性结合相耐高温抗强碱性腐蚀的窑炉内衬制品。2.根据权利要求1所述的适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬，其特征在于：步骤（3）中，碳化硅颗粒的粒径为1-3mm，刚玉颗粒的粒径为0.5-1mm，镁铝尖晶石颗粒的粒径为0-0.5mm。3.根据权利要求1所述的适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬，其特征在于：步骤（1）中，去离子水的用量为硝酸镁和硝酸铝两者总重量的90-95倍。4.根据权利要求1所述的适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬，其特征在于：步骤（6）中，升温烧结曲线为，温度区间
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
时间，0-200℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
400分钟，200-600℃
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
400分钟，600-1200℃
ꢀꢀꢀꢀꢀ
300分钟，1200-1600℃
ꢀꢀꢀꢀ
200分钟，1600-1800℃
ꢀꢀꢀꢀ
180分钟。

技术总结
本发明涉及一种适用于燃气隔焰烧结锂电池/钠电池正极材料回转窑用高温抗强碱性腐蚀耐磨内衬，它包括（1）称取硝酸镁和硝酸铝后，溶于去离子水中；（2）称取含量99%以上的食品级柠檬酸晶体，然后将柠檬酸晶体加入到步骤（1）的溶液中搅拌溶解充分，然后将溶液加热至80-100℃，搅拌保温1-3小时后，得到呈浅黄色的胶体状分散液；（3）将不同粒径的碳化硅颗粒、刚玉颗粒、镁铝尖晶石颗粒，按照重量比3：3：4称料，同时加入碳酸钡粉末，混合搅拌均匀备用；（4）浅黄色胶体状分散液加入到级配混合处理的混合骨料，然后充分混合均匀，而后陈化；（5）成型；（6）烧结。本发明具有高温耐强碱腐蚀、高耐磨、热膨胀系数与金属套筒相匹配性能。胀系数与金属套筒相匹配性能。


技术研发人员：周时新 胡涛 周洁
受保护的技术使用者：江苏润鸿高温窑具有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/12