一种电池级球形碳酸钴的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电池级球形碳酸钴的制备方法，包括：将碳酸氢铵溶液和钴盐溶液同时加入到含碳酸氢铵底液的反应釜中，调节反应温度和搅拌速度，恒定钴盐溶液的加入速率，同时控制pH值在成核反应1h内和12h后分别为7.2‑7.5和7.0‑7.4，反应22‑26h；继续同时加入碳酸氢铵溶液和钴盐溶液，调节反应温度和搅拌速度，间歇增加钴盐溶液的加入速率，并控制晶化反应的pH值恒定，反应直至碳酸钴生长至预设大小，结束反应；加水离心洗涤，干燥即得；本发明专利技术的方法反应温度低，生产效率高，工艺简单可控，所得产品球形度高，粒径均匀分布，振实密度高，应用前景广阔。

A method for the preparation of spherical cobalt carbonate at battery level

The invention discloses a preparation method of the battery grade spherical cobalt carbonate, including: adding the ammonium bicarbonate solution and the cobalt salt solution to the reactor containing the ammonium bicarbonate solution at the same time, regulating the reaction temperature and stirring speed, adding the constant cobalt salt solution, and controlling the pH value in the nucleation reaction 1H and 12h, respectively, 7.2 .5 and 7 7.4, reaction 22 26h; continue to add ammonium bicarbonate solution and cobalt salt solution, adjust the reaction temperature and stirring speed, increase the rate of cobalt salt solution, and control the crystallization reaction pH value constant, reaction until cobalt carbonate growth to the preset size, end reaction; water centrifuge washing, drying is obtained The method has the advantages of low reaction temperature, high production efficiency, simple and controllable process, high sphericity of the product, uniform distribution of particle size, high vibratory density and wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种电池级球形碳酸钴的制备方法
本专利技术锂离子电池正极材料制备
，更具体地，涉及一种电池级球形碳酸钴的制备方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，科技速度日益加快，信息化的社会已经到来，推动着电子产品的不断更新，在电子产品上应用广泛的锂电池产品也层出不穷，如今锂电池产品中仍然是以钴酸锂为正极材料作为主流产品。此外，由于钴酸锂主要是由四氧化三钴和碳酸锂或氢氧化锂烧结而成，其中，四氧化三钴是由碳酸钴焙烧而来，因此，决定钴酸锂品质的重要因素是碳酸钴，其振实密度、比表面积、电镜形貌对最终的正极材料起着至关重要的影响。在现有技术中，最常见的碳酸钴的生产方法是使用氯化钴和碳酸氢氨在高温条件下进行反应，然而，在反应过程中，由于局部反应剧烈，颗粒生长过快，形貌各异，不利于生产较为稳定的产品，其原因是由于沉淀反应不断的发生，反应釜中PH值在不断发生变化，钴盐溶液的流量和碳酸氢铵溶液流量的变化都会造成局部PH值偏高或偏低，进而导致小颗粒或块状晶型的产生，最终对于后期的四氧化三钴焙烧制作成电池正极材料的性能有极大的影响，从而导致电池产品的一致性差。近年来，人们对传统方法生产碳酸钴产品提出更为苛刻的要求，碳酸钴产品不仅需要较高的球形度，而且还需要较高的振实密度，同时对其产量和产品中小颗粒的含量的要求也日益严格。公开号为CN101973592A的中国专利技术专利申请提供了一种高比重球形碳酸钴的制备方法，其产品球形度高，但其反应温度高，且振实密度尚无法满足实际应用的需要。综上所述，在已有研究成果的基础上，克服现有碳酸钴的制备方法中所存在的缺陷，研究开发一种反应温度较低、振实密度高、球形度高且粒径均匀分布的碳酸钴的制备方法具有重要的理论和实际意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种电池级球形碳酸钴的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电池级球形碳酸钴的制备方法，包括：S1、均匀成核：将碳酸氢铵溶液和钴盐溶液同时加入到含碳酸氢铵底液的反应釜中，控制反应温度和搅拌速度分别为45-55℃和950-1300rpm，恒定钴盐溶液的加入速率，同时控制pH值在成核反应1h内和12h后分别为7.2-7.5和7.0-7.4，反应22-26h；S2、生长晶化：继续采用同时加料的方式加入碳酸氢铵溶液和钴盐溶液，控制反应温度和搅拌速度分别为45-55℃和800-1050rpm，间歇增加钴盐溶液的加入速率，同时控制晶化反应的pH值恒定为7.0-7.4，反应直至碳酸钴生长至预设大小，结束反应；S3、洗涤干燥：将步骤S2中得到的沉淀物料加水离心洗涤，干燥即得成品碳酸钴。在上述技术方案中，所述钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴和醋酸钴中的任意一种。在上述技术方案中，所述钴盐溶液浓度以金属钴量计为100-150g/L，所述钴盐溶液的加入速率为200-400L/h。在上述技术方案中，所述碳酸氢铵底液的pH值为7.8-8.6。在上述技术方案中，所述碳酸氢铵溶液的浓度为200-240g/L，所述碳酸氢铵溶液的加入速率为800-1200L/h。在上述技术方案中，所述干燥采用闪蒸工艺，闪蒸温度为150-240℃。优选地，在上述技术方案中，步骤S1中，所述碳酸氢铵底液的浓度为80-140g/L，所述碳酸氢铵底液的加入量为1.6-2.4m3。进一步优选地，在上述技术方案中，所述步骤S1具体为：向含有pH值为8.0-8.2的碳酸氢铵底液的反应釜中同时加入浓度以金属钴量计为120-135g/L的钴盐溶液和浓度为215-230g/L的碳酸氢铵溶液，控制反应温度和搅拌速度分别为48-52℃和1000-1250rpm，钴盐溶液的加入速率恒定为215-240L/h，同时控制成核反应1h内和12h时pH值降至7.2-7.4和7.0-7.3，反应24h。再进一步优选地，在上述技术方案中，所述步骤S2具体为：同时加入浓度为215-230g/L的碳酸氢铵溶液和浓度以金属钴量计为120-135g/L的钴盐溶液，控制反应温度和搅拌速度分别为48-52℃和800-1000rpm，反应0-24h内，间隔12h将钴盐溶液的加入速率增加25-35L/h，反应24h后，间隔18h将钴盐溶液的加入速率增加45-55L/h，并控制晶化反应的pH值恒定为7.0-7.3，反应直至碳酸钴生长至预设大小，停止进料，结束反应。本专利技术的另一目的是提供上述方法制备得到的球形碳酸钴，所述碳酸钴的AD松装密度为1.95-2.30g/cm3，D50为16-20μm，振实密度为2.5-2.8g/cm3本专利技术的优点效果：(1)本专利技术通过在不同的反应阶段控制钴盐溶液的加料量，并配合调整碳酸氢铵溶液的加入速率，尤其是碳酸氢铵底液的配制和反应后pH值的缓慢控制，促使沉淀反应平缓进行，达到前期生成较多晶核和后期晶核合理可控生长的目的，有效避免了局部反应剧烈、颗粒生长过快和产品的形貌差异过大，最终制备得到球形度高且粒径均匀分布的碳酸钴产品；(2)本专利技术所提供的方法制备碳酸钴的生产效率高、反应温度低，且所需设备简单易得，适合于大规模的工业化生产；利用本方法可制备得到粒径D50范围为16-20μm的球形碳酸钴，且产品球形度高，振实密度高达2.5-2.8g/cm3，领域应用前景广阔，具有重要的理论和实际意义。附图说明图1为本专利技术实施例1中所制备的球形碳酸钴放大500倍的SEM图；图2为本专利技术实施例1中所制备的球形碳酸钴放大1000倍的SEM图；图3为本专利技术实施例2中所制备的球形碳酸钴放大500倍的SEM图；图4为本专利技术实施例2中所制备的球形碳酸钴放大1000倍的SEM图；图5为本专利技术实施例3中所制备的球形碳酸钴放大500倍的SEM图；图6为本专利技术实施例3中所制备的球形碳酸钴放大1000倍的SEM图；图7为本专利技术对比例1中所制备的球形碳酸钴放大500倍的SEM图；图8为本专利技术对比例1中所制备的球形碳酸钴放大1000倍的SEM图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术所用原料为工业级碳酸氢铵和工业级氯化钴。实施例1配制浓度为240g/L的碳酸氢铵溶液和浓度以金属钴量计为140g/L的氯化钴溶液，备用；往反应釜中加入1.2m3碳酸氢铵溶液，关闭反应釜釜口，加入去离子水，搅拌，得到pH值为8.3的碳酸氢铵底液，加热控制反应釜内温度为50℃恒定不变，控制搅拌速度为1000rpm，采用同时加料的方式加入碳酸氢铵溶液和氯化钴溶液，控制氯化钴溶液加入速率恒定为210L/h，通过调整碳酸氢铵溶液的加入速率，控制pH值在成核反应1h内和12h后缓慢降至7.4和7.2，反应24h；降低搅拌速度至900rpm，继续采用同时加料的方式加入碳酸氢铵溶液和氯化钴溶液，晶化反应开始时，控制氯化钴溶液加入速率恒定为210L/h，且在晶化反应前24h，间隔12h将氯化钴的加入速率增加30L/h，反应24h后，间隔18h将氯化钴的加入速率增加50L/h，并通过调整碳酸氢铵溶液的加入速率，控制晶化反应的pH值恒定为7.2，检测碳酸钴的粒径，至碳酸钴生长至相应大小，停止进料，结束反应；加水离心洗涤反应所得的沉淀物料，并在180℃下闪蒸干燥即得成品碳酸钴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池级球形碳酸钴的制备方法，其特征在于，包括：S1、均匀成核：将碳酸氢铵溶液和钴盐溶液同时加入到含碳酸氢铵底液的反应釜中，控制反应温度和搅拌速度分别为45‑55℃和950‑1300rpm，恒定钴盐溶液的加入速率，同时控制pH值在成核反应1h内和12h后分别为7.2‑7.5和7.0‑7.4，反应22‑26h；S2、生长晶化：继续采用同时加料的方式加入碳酸氢铵溶液和钴盐溶液，控制反应温度和搅拌速度分别为45‑55℃和800‑1050rpm，间歇增加钴盐溶液的加入速率，同时控制晶化反应的pH值恒定为7.0‑7.4，反应直至碳酸钴生长至预设大小，结束反应；S3、洗涤干燥：将步骤S2中得到的沉淀物料加水离心洗涤，干燥即得成品碳酸钴。

【技术特征摘要】
1.一种电池级球形碳酸钴的制备方法，其特征在于，包括：S1、均匀成核：将碳酸氢铵溶液和钴盐溶液同时加入到含碳酸氢铵底液的反应釜中，控制反应温度和搅拌速度分别为45-55℃和950-1300rpm，恒定钴盐溶液的加入速率，同时控制pH值在成核反应1h内和12h后分别为7.2-7.5和7.0-7.4，反应22-26h；S2、生长晶化：继续采用同时加料的方式加入碳酸氢铵溶液和钴盐溶液，控制反应温度和搅拌速度分别为45-55℃和800-1050rpm，间歇增加钴盐溶液的加入速率，同时控制晶化反应的pH值恒定为7.0-7.4，反应直至碳酸钴生长至预设大小，结束反应；S3、洗涤干燥：将步骤S2中得到的沉淀物料加水离心洗涤，干燥即得成品碳酸钴。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴和醋酸钴中的任意一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液浓度以金属钴量计为100-150g/L，所述钴盐溶液的加入速率为200-400L/h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳酸氢铵底液的pH值为7.8-8.6。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳酸氢铵溶液的浓度为200-240g/L，所述碳酸氢铵溶液的加入速率为800-1200L/h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥采用闪蒸工艺，闪蒸温度为150-240℃。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，刘文泽，洪宏龙，易全瑞，黄良取，涂晓峰，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42