本發明屬于鈷酸鋰材料，涉及一種鈷酸鋰陶瓷靶材及其制備方法與應用。

背景技術：

1、電池的出現減少了人們對不可再生資源的依賴性，隨著電子工業的迅猛發展，電子產品向著小型化、輕薄化、便攜化的方向發展，這對電池提出了新的要求。具有更大的能量密度、更長的循環壽命、更高的工作電壓的鋰離子固態電池，引起了人們極大的關注。相比液態鋰離子電池，全固態電池具有更高的安全性，更大的能量密度，以及更廣泛的工作溫度，現已經成為鋰離子電池發展的最新領域。

2、最早的薄膜電池的正極材料是tis2，隨著高性能固態電解質lipon的成功開發，鈷酸鋰作為lipon型固態薄膜電池的正極材料也引起了人們的廣泛研究。鈷酸鋰不僅具有高電壓、高比能量密度和較好的循環性能，而且工藝制備過程簡單，目前是鋰離子電池主流的正極材料。隨著薄膜固態電池的發展，對磁控濺射全固態薄膜電池的正極材料的鈷酸鋰靶材也提出了更高的要求。

3、注漿成型是指選擇適當的添加劑，使粉狀原料均勻地懸浮在溶液中，調成具有流動性的漿料，然后澆注到有吸水性的石膏模具中吸去水分，并按照模具形狀成型得到具有一定強度的坯體的方法。這種方法常用于制造大尺寸、形狀復雜的陶瓷靶件，且這種方法具有坯體造型規整，易于批量復制，成型周期短，成本低等優點。

4、現有技術中制備得到的鈷酸鋰陶瓷靶材尺寸較小，因此，如何低成本且高效地制備得到均勻性好、致密度高的大尺寸鈷酸鋰陶瓷靶材，已成為目前亟待解決的問題。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發明提供一種鈷酸鋰陶瓷靶材及其制備方法與應用，本發明采用注漿成型和常壓燒結工藝，通過注漿成型，利用石膏模具的吸水性，可以制備得到造型規整、致密度高且尺寸大的鈷酸鋰陶瓷靶材，采用常壓燒結，減少生產工序的同時，降低了生產成本，具有簡單高效、成本低、成型周期短和易于批量化的優點。

2、為達此目的，本發明采用以下技術方案：

3、第一方面，本發明提供了一種鈷酸鋰陶瓷靶材的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：(1)混合粘結劑、分散劑、溶劑和鈷酸鋰，得到鈷酸鋰漿料；(2)將鈷酸鋰漿料依次進行除泡、注漿成型和干燥，得到鈷酸鋰生坯；(3)將鈷酸鋰生坯依次進行脫脂和常壓燒結，得到所述鈷酸鋰陶瓷靶材。

4、本發明采用注漿成型和常壓燒結工藝，通過注漿成型，利用石膏模具的吸水性，可以制備得到造型規整、致密度高且尺寸大的鈷酸鋰陶瓷靶材，采用常壓燒結，降低生產工序的同時，降低了生產成本，具有簡單高效、成本低、成型周期短和易于批量化的優點。

5、優選地，步驟(1)中所述粘結劑包括聚乙烯醇。

6、優選地，所述粘結劑的用量占粘結劑、分散劑和鈷酸鋰總量的2wt％～5wt％，例如可以是2wt％、2.5wt％、3wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

7、優選地，所述分散劑包括聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、六偏磷酸鈉或丙烯酸鈉中的任意一種或至少兩種的組合，典型但非限制性的組合包括聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的組合，六偏磷酸鈉和丙烯酸鈉的組合，或聚丙烯酰胺、六偏磷酸鈉和丙烯酸鈉的組合。

8、優選地，所述分散劑的用量占粘結劑、分散劑和鈷酸鋰總量的0.5wt％～3wt％，例如可以是0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％或3wt％，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

9、優選地，所述溶劑包括去離子水。

10、優選地，步驟(1)所述混合包括三段混合。

11、優選地，所述一段混合包括：一段混合溶劑和分散劑，得到一段混合料。

12、優選地，所述一段混合的時間為0.5h～3h，例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

13、優選地，所述二段混合包括：二段混合一段混合料和鈷酸鋰粉末，得到二段混合料。

14、優選地，所述二段混合的時間為12h～24h，例如可以是12h、16h、18h、20h、22h或24h，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

15、優選地，所述三段混合包括：三段混合二段混合料和粘結劑，得到混合鈷酸鋰漿料。

16、優選地，所述三段混合的時間為12h～24h，例如可以是12h、16h、18h、20h、22h或24h，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

17、優選地，步驟(2)所述除泡包括真空除泡。

18、優選地，所述真空除泡的真空度為-0.98mpa～-0.90mpa，例如可以是-0.98mpa、-0.96mpa、-0.95mpa、-0.94mpa、-0.92mpa或-0.90mpa，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

19、優選地，所述除泡的裝置包括脫泡罐。

20、優選地，所述真空除泡后，注漿成型前，向脫泡灌中充入氣體進行加壓。

21、優選地，所述氣體包括氮氣和/或空氣。

22、優選地，所述加壓的壓力為0.1mpa～1mpa，例如可以是0.1mpa、0.2mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.7mpa或1mpa，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

23、優選地，步驟(2)所述注漿成型的石膏模具尺寸為長(40cm～60cm)×寬(70cm～90cm)×厚(10cm～30cm)，例如可以是長40cm×寬70cm×厚10cm、長50cm×寬80cm×厚20cm、長40cm×寬90cm×厚30cm、長60cm×寬70cm×厚30cm、長60cm×寬90cm×厚10cm或長60cm×寬90cm×厚30cm，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

24、優選地，所述注漿成型后，干燥前，要進行保壓。

25、優選地，所述保壓的壓力為0.1mpa～1mpa，例如可以是0.1mpa、0.2mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.7mpa或1mpa，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

26、優選地，所述保壓的時間為3h～12h，例如可以是3h、6h、9h、10h、11h或12h，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

27、本發明通過進一步調控保壓的壓力和時間，可以進一步提高所述鈷酸鋰陶瓷靶材的完整性和均勻性。在優選的保壓壓力和時間的范圍內，制備得到的鈷酸鋰陶瓷靶材，坯體完整、原料利用充分且方便后續干燥步驟的順利進行。

28、優選地，步驟(2)所述干燥的保溫溫度為40℃～50℃，例如可以是40℃、42℃、44℃、46℃、48℃或50℃，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

29、優選地，步驟(2)所述干燥的保溫時間為20h～48h，例如可以是20h、24h、30h、35h、40h或48h，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

30、優選地，所述干燥的裝置包括恒溫恒濕箱。

31、優選地，步驟(3)所述脫脂的保溫溫度為500℃～600℃，例如可以是500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

32、優選地，步驟(3)所述脫脂的保溫時間為1h～5h，例如可以是1h、2h、3h、4h、4.5h或5h，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

33、優選地，所述脫脂的裝置包括升降爐。

34、優選地，步驟(3)所述常壓燒結的保溫溫度為950℃～1000℃，例如可以是950℃、960℃、970℃、980℃、990℃或1000℃，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

35、優選地，所述常壓燒結的保溫時間為1h～5h，例如可以是1h、2h、3h、4h、4.5h或5h，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

36、本發明通過進一步調控常壓燒結的保溫溫度和保溫時間，可以進一步提高所述鈷酸鋰陶瓷靶材的致密度。在優選的常壓燒結保溫溫度和保溫時間的范圍內，制備得到的鈷酸鋰陶瓷靶材，致密度進一步提高。

37、優選地，所述常壓燒結的氣氛為含氧氣氛。

38、優選地，所述含氧氣氛包括空氣和/或氧氣。

39、優選地，所述常壓燒結的裝置包括常壓燒結爐。

40、作為本發明優選的技術方案，所述制備方法包括如下步驟：

41、(1)加入溶劑和分散劑，一段混合0.5h～3h；再加入鈷酸鋰粉末，二段混合12h～24h；最后加入粘結劑，三段混合12h～24h，得到鈷酸鋰漿料。

42、(2)將鈷酸鋰漿料倒入脫泡罐進行真空除泡，除泡完成后，向脫泡灌中充入氣體進行加壓，加壓的壓力為0.1mpa～1mpa，出料口連接石膏模具，鈷酸鋰漿料自動充入石膏模具，填充完成后，在0.1mpa～1mpa保壓3h～12h，取下模具放至40℃～50℃恒溫恒濕箱中干燥20h～48h，得到鈷酸鋰生坯。

43、(3)將鈷酸鋰生坯放入升降爐中進行脫脂，脫脂的溫度為500℃～600℃，脫脂的時間為1h～5h，得到脫脂后的鈷酸鋰生坯。

44、(4)將脫脂后的鈷酸鋰生坯放入常壓燒結爐中進行常壓燒結，常壓燒結溫度為950℃～1000℃，常壓燒結保溫時間為1h～5h，得到所述鈷酸鋰陶瓷靶材。

45、第二方面，本發明提供了一種鈷酸鋰陶瓷靶材，所述鈷酸鋰陶瓷靶材采用第一方面所述的制備方法制備得到。

46、優選地，所述鈷酸鋰陶瓷靶材的尺寸為長(40cm～60cm)×寬(70cm～90cm)×厚(8cm～28cm)，例如可以是長40cm×寬70cm×厚8cm、長50cm×寬80cm×厚20cm、長40cm×寬90cm×厚28cm、長60cm×寬70cm×厚28cm、長60cm×寬90cm×厚8cm或長60cm×寬90cm×厚28cm，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

47、第三方面，本發明提供了一種如第二方面所述鈷酸鋰陶瓷靶材的應用，所述鈷酸鋰靶材應用于固態薄膜電池的正極。

48、與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：

49、本發明采用注漿成型和常壓燒結工藝，通過注漿成型，利用石膏模具的吸水性，可以制備得到造型規整、致密度高且尺寸大的鈷酸鋰陶瓷靶材，采用常壓燒結，減少生產工序的同時，降低了生產成本，具有簡單高效、成本低、成型周期短和易于批量化的優點。