一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法，该方法以硫酸钴为钴源，EDTA

【技术实现步骤摘要】
一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池制备
，具体涉及一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法。

技术介绍

[0002]长期以来，正极材料都是决定锂离子电池性能的重要因素之一。钴酸锂由于较高的压实密度而带来的高能量密度，一直占据3C市场的主要地位。近年来，智能手机和平板电脑的高速发展对电池的轻薄化要求越来越高，一方面需要保证电池材料压实密度逼近其理论密度，另一方面也对钴酸锂的克比容量提出了更高的要求。
[0003]提高克比容量的有效方法之一是提高钴酸锂的充电电压，让更多的Li
+
离子释放出来，而通过掺杂Mg
2+
、Ca
2+
、Mn
2+
、Cr
3+
、Al
3+
等阳离子，能够稳定钴酸锂的层状结构，提高导电性，从而改善其循环性能。
[0004]中国专利技术专利CN202011173795.8，公开了“一种均相掺铝小粒径四氧化三钴的制备方法”，采用复合型络合剂来平衡Co
2+
和Al
3+
在体系中的反应速率，使Co
2+
和Al
3+
能够均相共沉淀，达到掺铝均匀的目的；采用复合型络合剂，能够有效控制络合剂与金属离子的结合程度，从而降低尾液中的金属离子浓度。通过此专利技术方法制备得到的掺铝四氧化三钴，粒度在2.0～6.0μm，形貌类球形，振实密度为2.6～3.0g/cm3，Al的质量百分比为0.1～1.2％。中国专利技术专利CN202110500218.3，公开了“一种4.5V钴酸锂用掺铝四氧化三钴的制备方法”，主要步骤包括：第一步：配制高浓度的钴铝溶液、碳酸氢铵溶液；第二步：通过反应釜合成晶种、成品生长；第三步：碳酸钴通过离心机洗涤，除去有害成分氯离子；第四步：通过回转窑直接煅烧湿料碳酸钴，并进行合理工艺条件控制。这两种工艺方法得到的掺铝四氧化三钴仍然存在粒度分布范围大，不够均匀的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有工艺方法得到的掺铝四氧化三钴仍然存在粒度分布范围大，不够均匀的技术问题，提供一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法。
[0006]为实现其目的，本专利技术采用以下技术方案：一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：a、配液以硫酸钴和EDTA
‑
2Na为原料，配制钴浓度为90~110g/L，EDTA
‑
2Na浓度为0.8~1.2g/L的混合溶液为A溶液；配制浓度为280~320g/L的氢氧化钠溶液为B溶液；配制浓度为160~180g/L的双氧水溶液为C溶液；以偏铝酸钠和氢氧化钠为原料，配制铝浓度为15~18g/L的偏铝酸钠和40g/L的氢氧化钠混合溶液为D溶液；b、合成反应将A、B、C、D溶液并流加入反应釜中，在搅拌下进行均相掺铝四氧化三钴前驱体合成；其中，A溶液流量为300L/h，C溶液流量为45~55L/h，D溶液流量为20~30L/h，反应pH值为
10.0~10.5，B溶液流量根据反应pH值动态调整，反应温度为74~78℃，搅拌强度为180~220转/分钟，反应时间30~35h，得到合成浆料；c、洗涤对步骤b中合成浆料进行洗涤，得到均相高掺铝氢氧化钴物料；d、煅烧将步骤c中均相高掺铝氢氧化钴物料进行煅烧，得到均相高掺铝四氧化三钴物料；e、二次洗涤、干燥将步骤d中均相高掺铝四氧化三钴物料进行二次洗涤并干燥，得到均相高掺铝四氧化三钴产品。
[0007]作为本专利技术技术方案的进一步改进，上述步骤c中，洗涤设备为压滤机，洗液为80~90℃的去离子水；所述均相高掺铝氢氧化钴物料的硫含量≤0.005%，钠含量≤0.05%。
[0008]进一步地，步骤d中，所述煅烧设备为回转窑，煅烧温度为750℃～780℃，煅烧时间为2～4h；所述均相高掺铝四氧化三钴物料指标为粒度4~5
µ
m，振实密度≥2.2g/cm3，比表面积为3.0
±
0.5m2/g，钠含量≤0.05%，硫含量≤0.005%。
[0009]进一步地，步骤e中，洗涤所用设备为压滤机，洗液为80~90℃的去离子水；所述干燥设备为闪蒸机，干燥后物料水分含量≤0.05%。
[0010]进一步地，所述均相高掺铝四氧化三钴产品的激光粒度D50为4~5μm，振实密度≧2.2g/cm3，比表面积3.0
±
0.5m2/g，掺铝量0.8~1.2%且铝分布均匀，钠含量≤0.01%，硫含量≤0.005%，形貌为球形或类球形。
[0011]本专利技术方法采用高浓度(铝浓度为15~18g/L)偏铝酸钠溶液为掺铝剂，在高合成pH值、高搅拌强度合成工艺条件下，偏铝酸钠与硫酸钴溶液并流加入反应釜中参与反应，生成纳米级的氢氧化铝颗粒，纳米级氢氧化铝颗粒均匀夹杂分布在氢氧化钴颗粒晶格内部，得到均相高掺铝氢氧化钴颗粒，均相高掺铝氢氧化钴通过750~780℃高温长时间煅烧，得到形貌规则的均相高掺铝小粒度四氧化三钴产品。采用本工艺制备出的均相高掺铝四氧化三钴产品，可以制备出4.5V及以上高电压钴酸锂产品。
附图说明
[0012]图1是本专利技术均相高掺铝四氧化三钴的制备方法的工艺流程图；图2是本专利技术实施例1制备出的掺铝氢氧化钴的微观形貌电镜图；图3是本专利技术实施例1制备出的掺铝四氧化三钴的微观形貌电镜图；图4是本专利技术实施例1制备出的掺铝四氧化三钴的能谱检测结果；图5是本专利技术实施例2制备出的掺铝氢氧化钴的微观形貌电镜图；图6是本专利技术实施例2制备出的掺铝四氧化三钴的微观形貌电镜图；图7是本专利技术实施例2制备出的掺铝四氧化三钴的能谱检测结果；图8是本专利技术实施例3制备出的掺铝氢氧化钴的微观形貌电镜图；图9是本专利技术实施例3制备出的掺铝四氧化三钴的微观形貌电镜图；图10是本专利技术实施例3制备出的掺铝四氧化三钴的能谱检测结果。
具体实施方式
[0013]下面将结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]本专利技术制备工艺如图1所示。
[0015]实施例1生产步骤如前所述，各个步骤中的具体参数如下：以硫酸钴和EDTA
‑
2Na为原料，配制钴浓度为90g/L，EDTA
‑
2Na浓度为0.8g/L的混合溶液为A溶液；配制浓度为280g/L的氢氧化钠溶液为B溶液；配制浓度为160g/L的双氧水溶液为C溶液，配制铝浓度为15g/L的偏铝酸钠和40g/L的氢氧化钠混合溶液为D溶液。在10m3的反应釜中进行均相高掺铝氢氧化钴合成。将A、B、C、D溶液并流加入反应釜中进行合成，合成过程中，严格控制A溶液流量为300L/h，C溶液流量为45L/h，D溶液流量为20L/h，反应pH值为10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、配液以硫酸钴和EDTA
‑
2Na为原料，配制钴浓度为90~110g/L，EDTA
‑
2Na浓度为0.8~1.2g/L的混合溶液为A溶液；配制浓度为280~320g/L的氢氧化钠溶液为B溶液；配制浓度为160~180g/L的双氧水溶液为C溶液；以偏铝酸钠和氢氧化钠为原料，配制铝浓度为15~18g/L的偏铝酸钠和40g/L的氢氧化钠混合溶液为D溶液；b、合成反应将A、B、C、D溶液并流加入反应釜中，在搅拌下进行均相掺铝四氧化三钴前驱体合成；其中，A溶液流量为300L/h，C溶液流量为45~55L/h，D溶液流量为20~30L/h，反应pH值为10.0~10.5，B溶液流量根据反应pH值动态调整，反应温度为74~78℃，搅拌强度为180~220转/分钟，反应时间30~35h，得到合成浆料；c、洗涤对步骤b中合成浆料进行洗涤，得到均相高掺铝氢氧化钴物料；d、煅烧将步骤c中均相高掺铝氢氧化钴物料进行煅烧，得到均相高掺铝四氧化三钴物料；e、二次洗涤、干燥将步骤d中均相高掺铝四氧化三钴物料进行二次洗涤并干燥，得到均相高掺铝四氧化三钴产品。2.根据权利要求1所述的一种均相高掺铝小...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓闯，蒋晓锋，任小蕊，焦永胜，张生海，
申请(专利权)人：兰州金川新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：