一种涂层组合物、锂电三元正极材料过筛筛网及其制备方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，更具体地，涉及一种涂层组合物、锂电三元正极材料过筛筛网及其制备方法。


背景技术：

2.锂电三元正极材料中磁性异物的含量一直是影响三元锂电池安全性能的重要因素，因此，如何控制锂电三元正极材料中磁性异物的含量是锂电正极材料制备工艺中的一个关键环节。行业内管控锂电三元正极材料制备工艺中磁性异物含量的常用方法之一是过筛后利用电磁除磁去除磁性异物，但实际生产中，该方法还存在如下缺陷：1)当磁性异物含量较高时，电磁除磁器难以将磁性异物管控在低值范围内；2)电磁除磁器使用时间过长，除磁效率会大幅下降，导致磁性异物含量波动较大。
3.而由于锂电三元正极材料中的磁性异物主要来源于筛分过程中材料与不锈钢材质编制的筛网的摩擦，从而将筛网中的ni，cr等强磁金属物质带入材料中，最终造成材料的磁性异物含量增加。因此，采用在筛网表面喷涂涂层以减少材料与筛网的摩擦是目前从源头管控筛分后材料中异物含量的一种优选方案。中国发明专利cn105431395a公开了一种以mgo、tio2和al2o3为主要组分的热喷涂涂层，该涂层具有较好的耐高温性能和绝缘性能，但该涂层无法有效抵抗锂电三元正极材料的碱性侵蚀。


技术实现要素：

4.本发明的首要目的是克服现有涂层无法有效抵抗锂电三元正极材料的碱性侵蚀的问题，提供一种涂层组合物，该涂层组合物制备得到的涂层能够有效隔绝锂电三元正极材料对筛网网丝的侵蚀，从而降低筛网网丝断裂的风险，提高筛网孔径保持率与筛网使用寿命。
5.本发明的进一步目的是提供所述涂层组合物制备得到的锂电三元正极材料过筛筛网。
6.本发明的另一目的是提供所述锂电三元正极材料过筛筛网的制备方法。
7.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
8.一种涂层组合物，按质量百分比计，所述涂层包括如下组分：
[0009][0010]
本发明所述涂层组合物包括特定含量的zro2、lialo2、tio2、mgo和sio2，其中zro2、lialo2、mgo和tio2能够提高涂层的抗氧化性和耐高温性，而加入适量的sio2能使喷涂后的
涂层表面具有滑润特性，减少锂电三元材料在筛网上的沉积量，同时使涂层表面硬度增加，增强涂层耐磨性，从而减少锂电三元正极材料(碱性)与筛网的摩擦接触，隔绝锂电三元正极材料(碱性)对网丝的侵蚀，保护筛网，延长筛网使用寿命。
[0011]
优选地，按质量百分比计，所述涂层组合物包括如下组分：
[0012][0013]
本发明还提供所述涂层组合物在制备锂电三元正极材料过筛筛网中的应用。
[0014]
一种锂电三元正极材料过筛筛网，所述筛网包括以不锈钢为材质的筛网网丝和喷涂在筛网网丝上的上述涂层组合物。
[0015]
本领域常规的不锈钢均可用于本发明中。优选地，所述不锈钢选自316l不锈钢、306不锈钢、304不锈钢中的一种或多种。
[0016]
优选地，所述涂层厚度为10～60nm。更优选为25～40nm。
[0017]
本发明还提供所述锂电三元正极材料过筛筛网的制备方法，包括如下步骤：
[0018]
s1.按比例称取涂层各组分，混合研磨得到粉末喷涂原料；
[0019]
s2.将配制好的喷涂原料均匀喷涂在筛网丝边正反面，覆盖原筛网丝边；
[0020]
s3.将喷涂后的筛网进行烧结，烧结后得到所述筛网。
[0021]
本发明所述喷涂方法为氧乙火焰喷涂法，所述烧结具体为将喷涂后的筛网连同网架以烧结用匣钵为底托放入箱式炉烧结。
[0022]
优选地，步骤s2中，所述喷涂温度为1200～1500℃。更优选为1350℃。
[0023]
优选地，步骤s3中，所述烧结温度为600～800℃。
[0024]
优选地，步骤s3中，所述烧结时间为2.5～3.5h。
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0026]
本发明提供了一种涂层组合物，所述涂层组合物制备得到的涂层可减少锂电三元正极材料过筛过程中与不锈钢材质筛网网丝的摩擦，有效控制原筛网材质中的强磁金属ni，cr等金属的混入，可降低三元正极材料中的磁性异物含量，提高产品循环稳定性和安全性能。同时，形成的筛网涂层能够有效隔绝锂电三元正极材料对网丝的碱性侵蚀，降低网丝断裂风险，提高筛网孔径保持率与筛网使用寿命。
附图说明
[0027]
图1为本发明所述筛网的示意图。
具体实施方式
[0028]
为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。
[0029]
以下实施例和对比例中所用的原料的厂家和粒径分布如下：
[0030]
zro2：爱特斯光学，粒径分布d100《50um，d50：20～30um；
[0031]
lialo2：北京中研科环科技有限公司，粒径分布：d100《50um，d50：20～30um；
[0032]
tio2：爱特斯光学，粒径分布d100《30um；d50：10～12um；
[0033]
mgo：镁神科技股份有限公司，粒径分布：d100《30um，d50：10～12um；
[0034]
sio2：爱特斯光学，粒径分布：d90《16um，d50：7～8um。
[0035]
实施例1
[0036]
一种涂层组合物，按质量百分比计，所述涂层包括如下组分：zro
2 40％；lialo
2 35％；tio
2 10％；mgo 10％；sio
2 5％。
[0037]
利用上述组分的涂层组合物制备锂电三元正极材料过筛筛网的步骤如下：
[0038]
s1.按质量百分比称取各组分，混合研磨得到粒径为纳米级的粉末喷涂原料；
[0039]
s2.将配制好的喷涂原料通过氧乙火焰喷涂法均匀喷涂在筛网丝边正反面，覆盖原筛网丝边，喷涂温度为1350℃，喷涂涂层厚度为30nm；
[0040]
s3.将喷涂后的筛网以烧结用匣钵为底托放入箱式炉烧结，烧结温度750℃，烧结时间3h，烧结出箱后测试筛网张力，符合要求存放至备用筛网存放间待用。
[0041]
实施例2
[0042]
与实施例1不同的是，按质量百分比计，本实施例所述涂层包括如下的组分：zro
2 35％；lialo
2 40％；tio
2 10％；mgo 10％；sio
2 5％。
[0043]
实施例3
[0044]
与实施例1不同的是，按质量百分比计，本实施例所述涂层包括如下组分：zro
2 35％；lialo
2 35％；tio
2 10％；mgo 10％；sio
2 10％。
[0045]
实施例4
[0046]
与实施例1不同的是，按质量百分比计，本实施例所述涂层包括如下组分：zro
2 35％；lialo
2 35％；tio
2 15％；mgo 10％；sio
2 5％。
[0047]
实施例5
[0048]
与实施例1不同的是，按质量百分比计，本实施例所述涂层包括如下组分：zro
2 35％；lialo
2 35％；tio
2 10％；mgo 15％；sio
2 5％。
[0049]
实施例6
[0050]
与实施例1不同的是，按质量百分比计，本实施例所述涂层包括如下组分：zro
2 45％；lialo
2 30％；tio
2 5％；mgo 5％；sio
2 15％。
[0051]
实施例7
[0052]
与实施例1不同的是，按质量百分比计，本实施例所述涂层包括如下组分：zro
2 30％；lialo
2 45％；tio
2 5％；mgo 5％；sio
2 15％。
[0053]
实施例8
[0054]
与实施例1不同的是，按质量百分比计，本实施例所述涂层包括如下组分：zro
2 30％；lialo
2 30％；tio
2 15％；mgo 15％；sio
2 10％。
[0055]
实施例9
[0056]
与实施例1不同的是，按质量百分比计，本实施例所述涂层包括如下组分：zro
2 30％；lialo
2 30％；tio
2 20％；mgo 20％；sio
2 2％。
[0057]
实施例10
[0058]
与实施例1不同的是，本实施例所述涂层厚度为25nm。
[0059]
实施例11
[0060]
与实施例1不同的是，本实施例所述涂层厚度为40nm。
[0061]
实施例12
[0062]
与实施例1不同的是，本实施例所述涂层厚度为10nm。
[0063]
实施例13
[0064]
与实施例1不同的是，本实施例所述涂层厚度为60nm。
[0065]
实施例14
[0066]
与实施例1不同的是，本实施例锂电三元正极材料过筛筛网的制备方法中，步骤s2中，喷涂温度为1200℃。
[0067]
实施例15
[0068]
与实施例1不同的是，本实施例锂电三元正极材料过筛筛网的制备方法中，步骤s2中，喷涂温度为1500℃。
[0069]
实施例16
[0070]
与实施例1不同的是，本实施例锂电三元正极材料过筛筛网的制备方法中，步骤s3中，烧结温度为800℃，烧结时间为2.5h。
[0071]
实施例17
[0072]
与实施例1不同的是，本实施例锂电三元正极材料过筛筛网的制备方法中，步骤s3中，烧结温度为600℃，烧结时间为3.5h。
[0073]
对比例1
[0074]
本对比例1所述筛网为以316l不锈钢材质制成的常规筛网。
[0075]
对比例2
[0076]
与实施例1不同的是，本实施例所述涂层组合物不含sio2。
[0077]
对比例3
[0078]
与实施例1不同的是，本实施例所述涂层组合物不含lialo2。
[0079]
对比例4
[0080]
与实施例1不同的是，本实施例所述涂层组合物不含mgo。
[0081]
测试表征
[0082]
分别将实施例1～17和对比例1～3所述筛网装入振动过筛机，定量过筛除磁20t三元正极材料(lini
0.8
co
0.1
mn
0.1
o)。过筛完20t三元正极材料后采用化学重量吸附法测定材料的磁性异物指标，并统计筛上物重量，将筛网拆卸后裁剪送样电镜分析孔径大小保持率与网丝外观大小。测试结果如下表1所示。
[0083]
表1
[0084]
[0085]
[0086][0087]
从实施例1～17可以看出，通过在不锈钢筛网网丝表面喷涂本发明所述涂层组合物，可以降低筛分后三元正极材料中磁性异物的含量，控制磁性异物含量在30/ppb以下，提高产品循环稳定性，且采用本发明所述涂层制备得到的筛网定量过筛20t三元正极材料后，筛网孔径保持率较高，网丝整体无变形，网丝宽度减少控制在1μm内，表明本发明所述涂层能够有效隔绝锂电三元正极材料对网丝的碱性侵蚀，降低网丝断裂风险，提高筛网使用寿命。
[0088]
对比例1所述常规筛网定量过筛20t三元正极材料后，筛分后的三元正极材料中磁性异物含量较高，且随着过筛次数的增加，磁性异物含量逐渐增加，同时部分网丝变形，网丝宽度减小达3～5μm。
[0089]
对比例2所述涂层组合物，由于不含sio2，所得筛网定量过筛20t三元正极材料后，筛上物较多，过筛后磁性异物含量较高，筛网孔径保持率较小，网丝变形且宽度减小，其原因在于，涂层组分中不含sio2使网丝涂层表面质地粗糙，不坚硬、光滑，从而容易沉积筛上物以及无法有效隔绝锂电三元正极材料(碱性)对网丝的侵蚀，导致过筛后磁性异物含量较高，材料挤压孔径，网丝变形。
[0090]
对比例3所述涂层组合物，由于不含lialo2，网丝涂层与材料摩擦后易产生裂纹，甚至涂层剥落的情况，原316l金属网丝过筛时直接与正极材料摩擦，材料中混入较多原网丝中ni、cr强磁金属元素而导致材料异物含量偏高、网丝易变形、宽度减小以及筛网孔径保持率降低。
[0091]
涂层成分包含mgo能降低喷涂后涂层面孔隙率，使涂层附在筛网丝上更加匀实，对比例4所述涂层不含mgo，喷涂后的筛网涂层厚度会变得不均匀，部分涂层存在孔隙，过筛时与正极材料摩擦易使涂层面较薄的部分磨损，从而失去涂层保护作用，进一步侵蚀筛网丝而致筛网丝摩擦挤压变形，网丝宽度减小。
[0092]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。