掺铝小颗粒球形四氧化三钴以及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池材料领域，具体而言，涉及一种掺铝小颗粒球形四氧化三钴以及其制备方法。间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：将含有铝和钴的金属溶液与沉淀剂溶液以体积比为1：0.8‑1.5的比例混合后在30‑60℃条件下进行多次结晶反应，得到所需粒度的晶粒；而后进行分离得到上层清液和最终料浆；而后对所述最终料浆进行分阶段烧结得到所述掺铝小颗粒球形四氧化三钴。该合成工艺简单，反应易于控制，反应过程无污染，易于工业化生产。而制备得到的四氧化三钴铝元素分布均匀、表面形貌规则、球形度好、振实密度高。

【技术实现步骤摘要】
掺铝小颗粒球形四氧化三钴以及其制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，具体而言，涉及一种掺铝小颗粒球形四氧化三钴以及其制备方法。
技术介绍
在锂离子电池正极材料中，LiCoO2一直居于主体地位，这是由于LiCoO2非常适合锂离子的嵌脱，具有电压高、放电平稳、比能量高、循环性能好、制备工艺简单等优点，能够适应大电流充放电。小颗粒四氧化三钴主要用来制备高倍率钴酸锂。目前市场上常见的小颗粒四氧化三钴具有振实密度低、球形度差、掺杂元素分布不均匀的缺陷，这就会造成了锂离子电池循环性能差与稳定性弱等。
技术实现思路
本专利技术提供了一种间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，该合成工艺简单，反应易于控制，反应过程无污染，易于工业化生产。本专利技术还提供一种掺铝小颗粒球形四氧化三钴，该产品铝元素分布均匀、表面形貌规则、球形度好、振实密度高。本专利技术是这样实现的：一种间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：将含有铝和钴的金属溶液与沉淀剂溶液以体积比为1：0.8-1.5的比例混合后在30-60℃条件下进行多次结晶反应，得到所需粒度的晶粒；而后进行分离得到上层清液和最终料浆；而后对所述最终料浆进行分阶段烧结得到所述掺铝小颗粒球形四氧化三钴。一种掺铝小颗粒球形四氧化三钴，其通过上述的间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法制备得到。本专利技术的有益效果是：本专利技术间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法通过控制反应温度、反应原料的比例以及煅烧方式，使得制备得到的四氧化三钴，具有铝元素分布均匀、表面形貌规则、球形度好、振实密度高等优点。同时，该工艺流程简单，反应易于控制，反应过程无污染，易于工业化生产。且合成的小颗粒球形四氧化三钴制备的钴酸锂耐过充，具有循环容量保持率高、较好稳定性和电化学性能等优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为实施例2提供的四氧化三钴的粒径分布图；图2为实施例1提供的四氧化三钴EDS图；图3为实施例2提供的四氧化三钴EDS图；图4为实施例3提供的四氧化三钴EDS图；图5为对比例1提供的四氧化三钴EDS图；图6为对比例2提供的四氧化三钴EDS图；图7为对比例3提供的四氧化三钴EDS图；图8为对比例4提供的四氧化三钴EDS图；图9为对比例5提供的四氧化三钴EDS图；图10为对比例6提供的四氧化三钴EDS图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的掺铝小颗粒球形四氧化三钴以及其制备方法进行具体说明。一种间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：S1、分别制备金属溶液和沉淀剂溶剂：分别使用水溶解钴源和铝源，而后再将钴源溶液和铝源溶液进行混合得到含有铝和钴的金属溶液。钴源和铝源先分别进行溶解得到溶液，更有利于钴源和铝源的混合均匀，继而保证制备得到的四氧化三钴元素分布均匀，球形度好，提升其性能。进一步地，金属溶液中钴与铝的质量比为100:0.01-2.5。金属溶液中钴与铝的质量比采用上述比例能够保证制备得到的四氧化三钴中钴和铝含量适宜，继而保证四氧化三钴具有良好的性能。进一步地，钴源为钴盐，所述钴盐选自硫酸钴、氯化钴和硝酸钴中的任意一种或至少两种。铝源为铝盐，所述铝盐选自硝酸铝、硫酸铝和氯化铝中的任意一种或至少两种。沉淀剂溶液是将沉淀剂与水混合后得到的溶液，优选，所述沉淀剂为碳酸盐，更优选，所述碳酸盐为碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠中的任意一种或至少两种。沉淀剂溶液的浓度为200-300g/L，采用上述浓度能够保证沉淀剂良好地与钴、铝形成沉淀，保证产量。S2、结晶反应；将金属溶液与沉淀剂溶液并流混合，而后搅拌速度为200-600rpm，温度为30-60℃条件下进行结晶反应得到颗粒粒度为2.0-3.0微米的反应。具体地，是在反应釜内添加500-1000L沉淀剂溶液作为底液，提升沉淀效果，而后将升温至30-60℃后，金属溶液与沉淀剂溶液以并流的方式进行混合，混合过程中搅拌混合液，直至反应釜满，而后停止进料，并持续搅拌和保温，得到具有一定粒径的颗粒。金属溶液与沉淀剂溶液采用并流的方式进行混合，能够进一步保证沉淀剂溶液中的碳酸根离子能够充分地与金属溶液中的钴、铝混合均匀，继而保证制备得到的四氧化三钴中铝元素分布均匀。同时，采用上述搅拌速度不仅仅可以使得晶核对铝、钴进行良好的包裹，提升包裹的均匀性，同时减少晶核的损伤，保证晶核的长大，保证后续制备得到的四氧化三钴的球形结构的完整性。而在该温度范围内能够保证结晶反应具有良好的速率，继而能够保证制备得到的晶核的结构的完整性。进一步地，金属溶液与沉淀剂溶液的体积比为1：0.8-1.5，控制金属溶液和沉淀剂溶液的比例，提升沉淀效果，更利于提升产量。进一步地，金属溶液的流量为400-900L/h，所述沉淀剂溶液流量为500-900L/h。控制金属溶液和沉淀剂溶液的流量，能够有效控制晶核形成和长大的速度，继而保证晶核能够稳定且持续的生长，保证后续制备得到的四氧化三钴具有良好地球形，且表面形貌规则。而后当首次结晶反应得到的晶核的粒度为2.0-3.0微米时，进行分离得到上层清液和第一料浆，第一料浆内的颗粒仅为粒度较小的颗粒，且颗粒表面相对粗糙，不规则。因此，需要对第一料浆再进行多次循环结晶反应，促进第一料浆内颗粒的长大，具体地，将第一料浆与所述金属溶液和所述沉淀剂溶液混合进行第二次结晶反应即第一次循环结晶反应，第二次结晶反应金属溶液和沉淀剂溶液的流量和比例与首次结晶反应的流量和比例一致，使得晶核可以生长，当第一次循环结晶得到的晶核的粒度相对于首次结晶反应得到的晶核增长了0.1-0.3微米后，分离，得到第二料浆，并对第二料浆进行第二次循环结晶，如此往复循环，结晶，直至最终得到的料浆中的晶核的粒度为所需的晶核的粒度。首次结晶反应得到的晶核粒度相对较大，是为了便于观测晶核的形成以及便于后续晶核的生长，而后以0.1-0.3微米/次的速率进行循环结晶反应反复包裹原料的晶核，促进晶核的生长，并保证制备得到的晶核的结构完整，最终得到含有所需粒度的晶粒，每次粒度的涨幅一致。而后进行分离得到最终料浆，最终料浆则进行洗涤和离心，去除料浆内固体物质表面残留的离子或者溶剂，并去除料浆内多余的水溶液。S3、分阶段烧结；而后对离心后的最终料浆进行分阶段烧结，具体地，将所述最终料浆在300-550℃的温度下烧结2-4小时后，再在700-1000℃的温度下烧结4-7小时。分阶段烧结可以使得水分和氧气分阶段释放，避免突然加热至高温使得水蒸气和二氧化碳同时快速释放，而大量的水蒸气和氧气对结构完整的晶核进行冲击，容易造成晶核表面破裂，继而破坏得到的四氧化三钴的结构。因此，采用分阶段烧结，能够分阶段并缓慢释放水蒸气和氧气，减少气体对四氧化三钴的结构的破坏，继而保证制备得到的四氧化三钴表面形貌规则、球形度好、振实密度高。具体地，在300-550℃的温度下烧结，能够使得晶核内的水分变为水蒸气，继而缓慢溢出晶核，继本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有铝和钴的金属溶液与沉淀剂溶液以体积比为1：0.8‑1.5的比例混合后在30‑60℃条件下进行多次结晶反应，得到所需粒度的晶粒；而后进行分离得到上层清液和最终料浆；而后对所述最终料浆进行分阶段烧结得到所述掺铝小颗粒球形四氧化三钴。

【技术特征摘要】
1.一种间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有铝和钴的金属溶液与沉淀剂溶液以体积比为1：0.8-1.5的比例混合后在30-60℃条件下进行多次结晶反应，得到所需粒度的晶粒；而后进行分离得到上层清液和最终料浆；而后对所述最终料浆进行分阶段烧结得到所述掺铝小颗粒球形四氧化三钴。2.根据权利要求1所述的间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，其特征在于，多次结晶反应是将所述金属溶液和所述沉淀剂溶液混合并进行首次结晶反应，而后得到的第一料浆，再将所述第一料浆与所述金属溶液和所述沉淀剂溶液混合进行多次循环结晶反应。3.根据权利要求2所述的间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述第一料浆中晶核的粒度为2.0-3.0微米，而每次循环结晶反应是得到的料浆的晶核的粒度以0.1-0.3微米/次进行增长直至料浆的晶核的粒度长至所需粒度的晶粒。4.根据权利要求2所述的间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，其特征在于，首次结晶反应是将所述金属溶液和所述沉淀剂溶液采用并流的方式混合后在搅拌速度为200-600rpm，温度为30-60℃条件下反应得到颗粒粒度为2.0-3.0微米的反应。5.根据权利要求1所述的间歇式掺铝小颗粒球形四氧化三钴的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭升，徐祥，喻鹏，訚硕，
申请(专利权)人：中伟新材料有限公司，湖南中伟新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52