【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料，具体涉及一种碳酸钴及其制备方法、四氧化三钴和锂离子电池。
技术介绍
1、钴酸锂正极材料因其具有能量密度高、循环性能及倍率性能较好、易于合成等优点，常被应用于3c电子领域。钴酸锂材料一般为大单晶颗粒，单晶颗粒的晶粒尺寸会对钴酸锂正极材料的电学性能产生影响。工业生产中，钴酸锂材料通常由四氧化三钴与锂源混合烧结制得，而四氧化三钴主要通过火法煅烧经湿法合成的碳酸钴而制得。
2、碳酸钴通过煅烧工艺可制备得到四氧化三钴，因此前驱体碳酸钴的理化性质会对四氧化三钴的性能指标产生重要影响。同理，作为钴酸锂重要前驱体的四氧化三钴，其物理性质如结构、晶粒尺寸大小、形貌等也会延续到钴酸锂正极材料中并对其电学性能产生较大影响。通常，四氧化三钴的晶粒尺寸较小时，其比表面积较大，后续与锂源混合转化为钴酸锂时，较大的比表面积会大幅增加前驱体与锂源接触的活性位点，这使得锂离子的传输路径更短、扩散速率更快，有助于提高锂电池的充放电速率；然而，若四氧化三钴的晶粒尺寸过小时，会导致颗粒的机械强度下降，其与锂源烧结时易发生破碎，使得到的钴酸锂颗粒一致性变差，进而影响锂离子电池的电化学性能。因此，将碳酸钴及四氧化三钴的晶粒尺寸控制在合适范围内有利于制得颗粒一致性好、倍率及循环性能优异的钴酸锂正极材料。
3、鉴于此，提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种碳酸钴及其制备方法、四氧化三钴和锂离子电池，旨在提供一种晶粒尺寸在适宜范围的碳酸钴及四氧化三钴，
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种碳酸钴，所述碳酸钴（104）晶面的晶粒尺寸为200~250å，所述碳酸钴颗粒的中值粒径dv50为16~20 μm。
4、第二方面，本专利技术提供了一种碳酸钴的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
5、将沉淀剂溶液、钴盐溶液并流加入至含有底液的反应釜中，同时开启搅拌进行共沉淀反应，控制钴盐溶液的流量为2~4 l/h，控制沉淀剂溶液的流量维持反应ph，待反应釜内物料的体积达目标体积时，开启装有孔径为5~10 μm的钛金属滤芯的浓缩机，继续进料进行沉淀反应，并维持反应釜内物料的目标体积，直至得到固含量为1000~1200 g/l的碳酸钴浆料；将碳酸钴浆料进行固液分离、洗涤，得到碳酸钴。
6、在可选的实施方案中，所述沉淀剂包括碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢铵和碳酸氢钠中的至少一种。
7、在可选的实施方案中，所述沉淀剂溶液的摩尔浓度为2.0-3.0 mol/l。
8、在可选的实施方案中，所述钴盐包括硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的至少一种。
9、在可选的实施方案中，所述钴盐溶液的摩尔浓度为1.5~2.0 mol/l。
10、在可选的实施方案中，所述底液为沉淀剂溶液，底液的体积为反应釜容积的10%~20%。
11、在可选的实施方案中，所述反应ph为7.2~7.8。
12、在可选的实施方案中，所述目标体积为反应釜容积的80%~96%。
13、在可选的实施方案中，所述搅拌的速度为80~200 r/min，所述共沉淀反应的温度为40~48℃，所述共沉淀反应的时间为80~100h。
14、在可选的实施方案中，所述将碳酸钴浆料进行固液分离、洗涤包括将碳酸钴浆料打入离心机过滤掉母液、取固体用纯水进行洗涤。
15、第三方面，本专利技术提供了一种四氧化三钴，所述四氧化三钴由第一方面所述的碳酸钴先经第一烧结，后与掺杂剂混合经第二烧结制得。
16、在可选的实施方案中，所述四氧化三钴具有如下特征中的一个或多个：
17、四氧化三钴（311）晶面的晶粒尺寸为660~700å；
18、四氧化三钴的中值粒径dv50为14~18 μm；
19、四氧化三钴的比表面积为2m2/g~6m2/g；
20、四氧化三钴经50mpa压制后的dv50相对于压制前的dv50的变化率d%为0.5%~3.0%。
21、在可选的实施方案中，所述第一烧结温度为350~450℃，第一烧结时间为1~2h。
22、在可选的实施方案中，所述掺杂剂包括二氧化钛、氧化锆、氧化镁和氧化铝中的至少一种。
23、在可选的实施方案中，所述碳酸钴经第一烧结后得到四氧化三钴前驱体，所述四氧化三钴前驱体与所述掺杂剂的质量比为（600~1200）：1。
24、在可选的实施方案中，所述第二烧结温度为600~700℃，第二烧结时间为3~4h。
25、第四方面，本专利技术还提供了一种钴酸锂正极材料，所述钴酸锂正极材料由第三方面所述的四氧化三钴与锂源混合烧结制得。
26、第五方面，本专利技术还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括一种正极极片，所述正极极片包括如第四方面所述的钴酸锂正极材料。
27、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
28、（1）本专利技术的碳酸钴具有适宜的（104）晶面晶粒尺寸和较大的比表面积，由其作为前驱体制得的四氧化三钴也具有适宜的（311）晶面晶粒尺寸和比表面积；该四氧化三钴与锂源的反应活性位点多且颗粒的机械强度高，以其作为前驱体得到的钴酸锂材料的锂离子的扩散速率快，进而具有较优的倍率性能和循环稳定性。
29、（2）本专利技术在制备碳酸钴时使用大孔径的金属滤芯进行浓缩，增大了出清通量，提高了过滤效率；共沉淀反应期间采用较低的钴盐流量，减缓了碳酸钴晶粒的生长速度，这能有效避免碳酸钴的单独成核和改善大颗粒碳酸钴合成后期的爆核问题。本专利技术通过改变碳酸钴的合成工艺条件，实现了对其（104）晶面晶粒尺寸大小的控制，以其作为前驱体先经第一烧结，再与掺杂剂混合经第二烧结，得到了具有适宜（311）晶面晶粒尺寸的四氧化三钴。其中，掺杂元素可作为晶粒生长调控剂对四氧化三钴晶体间的固相界面反应进行调控，进一步促进四氧化三钴晶化过程中的晶粒生长。
30、在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
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1.一种碳酸钴，其特征在于，所述碳酸钴（104）晶面的晶粒尺寸为200~250Å，所述碳酸钴颗粒的中值粒径Dv50为16~20 μm。
2.一种权利要求1所述的碳酸钴的制备方法，其特征在于，所述碳酸钴的制备方法包括以下步骤：将沉淀剂溶液、钴盐溶液并流加入至含有底液的反应釜中，同时开启搅拌进行共沉淀反应，控制钴盐溶液的流量为2~4 L/h，控制沉淀剂溶液的流量维持反应pH，待反应釜内物料的体积达目标体积时，开启装有孔径为5~10 μm的钛金属滤芯的浓缩机，继续进料进行沉淀反应，并维持反应釜内物料的目标体积，直至得到固含量为1000~1200 g/L的碳酸钴浆料；将碳酸钴浆料进行固液分离、洗涤，得到碳酸钴。
3.根据权利要求2所述的碳酸钴的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢铵和碳酸氢钠中的至少一种；
4.根据权利要求2所述的碳酸钴的制备方法，其特征在于，所述钴盐包括硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的碳酸钴的制备方法，其特征在于，所述搅拌的速度为80~200r/min，所述共沉淀反应的温
6.一种四氧化三钴，其特征在于，所述四氧化三钴由权利要求1所述的碳酸钴先经第一烧结，后与掺杂剂混合经第二烧结制得。
7.根据权利要求6所述的四氧化三钴，其特征在于，所述四氧化三钴满足以下特征中的一个或多个：
8.根据权利要求6所述的四氧化三钴，其特征在于，所述第一烧结温度为350~450℃，第一烧结时间为1~2h；
9.一种钴酸锂正极材料，其特征在于，所述钴酸锂正极材料由权利要求6~8任一项所述的四氧化三钴与锂源混合烧结制得。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括一种正极极片，所述正极极片包括如权利要求9所述的钴酸锂正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种碳酸钴，其特征在于，所述碳酸钴（104）晶面的晶粒尺寸为200~250å，所述碳酸钴颗粒的中值粒径dv50为16~20 μm。
2.一种权利要求1所述的碳酸钴的制备方法，其特征在于，所述碳酸钴的制备方法包括以下步骤：将沉淀剂溶液、钴盐溶液并流加入至含有底液的反应釜中，同时开启搅拌进行共沉淀反应，控制钴盐溶液的流量为2~4 l/h，控制沉淀剂溶液的流量维持反应ph，待反应釜内物料的体积达目标体积时，开启装有孔径为5~10 μm的钛金属滤芯的浓缩机，继续进料进行沉淀反应，并维持反应釜内物料的目标体积，直至得到固含量为1000~1200 g/l的碳酸钴浆料；将碳酸钴浆料进行固液分离、洗涤，得到碳酸钴。
3.根据权利要求2所述的碳酸钴的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢铵和碳酸氢钠中的至少一种；
4.根据权利要求2所述的碳酸钴的制备方法，其特征在于，所述钴盐包...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢星华，刘更好，阮丁山，周思源，辛勇诚，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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