一种磷酸钴粉体材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸钴粉体材料的制备方法，通过将可溶性钴盐和可溶性磷酸盐反应得到沉淀物磷酸钴后，用氨水将反应体系调节至中性，然后将反应体系抽滤，洗涤，干燥，研磨，筛分后得到磷酸钴粉体材料，由本发明专利技术提供的制备方法简单，操作方便，成本低，且所得的产物磷酸钴粉体材料中的杂质含量少，另外由该制备工艺得到的磷酸钴粉体材料的形貌和粒度可控，从而满足不同电池材料的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钴粉体材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子二次正极材料领域，特别涉及一种磷酸钴粉体材料的制备方法。
技术介绍
从1991年日本索尼公司成功开发出锂离子电池以来，经过二十多年发展，锂离子电池已经被广泛运用于各个领域，如3C类电子产品、电动车、储能等。锂离子电池是新一代的绿色高能电池，因具有能量高、使用寿命长、低污染等特点，其中，正极材料是锂离子电池的重要组成部分，在锂离子电池结构中占据着最重要的地位，其性能的优劣直接决定了最终二次电池产品的性能，且它的性能和价格会直接影响到锂离子二次电池的性能和价格。随着产品的升级换代，产品制造厂商对锂离子电池的能量密度要求越来越高。通过采用高电压正极材料，如LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiNiPO4等，可以显著提高锂离子电池能量密度。其中，当LiCoPO4作为锂离子电池使用的正极材料时，理论容量为167mAh/g，对锂电极电位为4.8v～4.9v，并且LiCoPO4的晶体具有有序的橄榄石型结构，属于正交晶系，安全性能好，有望成为新一代高容量，高电压，高安全的正极材料。合成前驱体的原料磷酸钴的性能对锂离子电池正极材料的电性能如充放电容量、循环寿命、加工性能等有重要影响。特别提到的是，锂电池级磷酸钴除了要求严格的化学成分外，对粒度分布等物理指标也有严格的要求，但是经过调研，关于磷酸钴的合成方法的方面的详细资料较少，亦缺乏对粒度和形貌控制的研究资料。目前，常见磷酸钴主要有以下两种合成方法：一种是可溶性钴盐与磷酸盐反应生成磷酸钴沉淀，该方法虽然成本低廉，但是杂质含量高；另一种是将焦磷酸钴的水合物和水放在密封管中加热至250℃从而制备得到，缺点在于产率低、成本高。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：通过将可溶性钴盐和可溶性磷酸盐反应得到沉淀物磷酸钴后，用氨水将反应体系调节至中性，然后将反应体系抽滤，洗涤，干燥，研磨，筛分后得到磷酸钴粉体材料，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供一种磷酸钴粉体材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将可溶性钴盐加入到容器Ⅰ的水中，配制成水溶液A，将可溶性磷酸盐加入到容器Ⅱ的水中，配制成水溶液B，其中，所述可溶性钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或多种，所述可溶性磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾中的一种或多种；2)将容器Ⅱ中的水溶液B加入到容器Ⅰ中的水溶液A中，在20～80℃的温度条件下反应，反应完成后，反应温度不变，加氨水调节反应体系，使得反应体系呈中性，其中，所述水溶液B的加入量为使得水溶液B中的磷酸根的摩尔量与水溶液A中的钴元素的摩尔量之比为PO43-：Co＝2:3；3)将步骤2)中得到的反应体系经过抽滤、洗涤、干燥、研磨、筛分后得到磷酸钴粉体材料，其中，用水进行洗涤。本专利技术的另一目的在于提供一种由本专利技术提供的制备方法得到的硫酸钴粉体材料，其中，所述磷酸钴的中位径为1～25微米，磷酸钴中钠元素的含量为0～100ppm，镁元素的含量为0～100ppm，钙元素的含量为0～100ppm。本专利技术的再一目的在于提供一种由本专利技术提供的制备方法得到的磷酸钴用于制备锂离子电池正极材料LiCoPO4的用途。本专利技术提供的一种磷酸钴正极材料的制备方法，该制备工艺简单，操作方便，成本低，适于大规模的产业化生产，更为重要的是，由该方法获得的产物磷酸钴中的杂质含量低，能够作为原料应用在锂离子电池正极材料LiCoPO4的制备中，从而能够提高正极材料的充放电容量、循环寿命、加工性能，另外，由该制备工艺得到的磷酸钴粉体材料的形貌和粒度可控，从而满足不同电池材料的需求。附图说明图1示出由实施例1所得的磷酸钴粉体材料的扫描电镜图；图2示出由实施例3所得的磷酸钴粉体材料的扫描电镜图；图3示出由实施例1所得的磷酸钴粉体材料的粒度分布图；图4示出由实施例3所得的磷酸钴粉体材料的粒度分布图；图5示出对比例2中的磷酸钴粉体材料的扫描电镜图；图6示出对比例2中的磷酸钴粉体材料的粒度分布图。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。根据本专利技术的一方面，提供了一种磷酸钴粉体材料的制备方法，该方法包括以下三个步骤：步骤一、将可溶性钴盐加入到容器Ⅰ的水中，配制成水溶液A，将可溶性磷酸盐加入到容器Ⅱ的水中，配制成水溶液B。在上述步骤一中，可溶性钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或多种。其中，氯化钴的化学式具体提及：CoCl2和CoCl26H2O；硝酸钴的化学式具体提及：Co(NO3)2·6H2O；硫酸钴的化学式具体提及：CoSO4·7H2O。在上述步骤一种，可溶性的磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾中的一种或多种。在优选的实施方式中，可溶性的磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二胺中的一种或多种，选择上述磷酸二氢铵和磷酸氢二胺与可溶性钴盐反应，由于生成的胺类化合物易于被除去，因此使得最终得到的磷酸钴中的杂质含量少。在上述步骤一中，可溶性钴盐充分溶解在水中，配制成均一稳定的水溶液A，其中，水溶液A的浓度为0.017～8.5mol/L，特别地，水溶液A的浓度为0.1～5mol/L，进一步的，水溶液A的浓度优选为0.2～3mol/L，更进一步的，水溶液A的浓度优选为0.3～2mol/L。在上述步骤一中，可溶性磷酸盐充分溶解在水中，配制成均一稳定的水溶液B，其中，水溶液B的浓度为0.017～9.0mol/L，特别地，水溶液B的浓度为0.1～5mol/L，进一步的，水溶液B的浓度优选为0.2～3mol/L，更进一步的，水溶液B的浓度优选为0.25～2mol/L。在上述步骤一中，水为自来水、矿泉水、蒸馏水、去离子水中的一种或多种，特别地，优选去离子水。步骤二、将容器Ⅱ中的水溶液B加入到容器Ⅰ中的水溶液A中，在20～80℃的条件下反应，反应完成后，反应温度不变，加氨水调节反应体系，使得反应体系呈中性。在优选的实施方式中，水溶液B均匀连续的加入到水溶液A中，特别地，水溶液B以0.5～20ml/min的速度加入到水溶液A中，进一步的，优选1～15ml/min，更进一步的，优选2～10ml/min，最优选2.5～5ml/min。在上述步骤二中，在20～80℃的反应条件下，将水溶液B加入到水溶液A中，两者能够快速反应，若反应温度低于20℃，则由于反应温度过低，使得水溶液A和水溶液B不能快速有效的反应，从而影响生产效率，此外，不利于最终得到的反应产物的晶核的长大，得到的产物粒径过小，因此晶格缺陷较多；若反应温度高于80℃，则由于温度过高，使得反应速度过快，不易于生产的控制，此外，还会影响最终产物的粒径分布，使得粒径分布不均匀。特别地，反应温度为25～70℃，进一步的，反应温度优选为25～60℃。在上述步骤二中，水溶液B的加入量使得水溶液B中的磷酸根的摩尔量与水溶液A中的钴元素的摩尔量之比为PO43-：Co＝2:3。在上述步骤二中，将水溶液B加入到水溶液A中时，反应搅拌速率为50～500rpm，特别地，优选80～400rpm，进一步的，搅拌速率优选100～300rpm，更进一步的，搅拌速率优选100～200rpm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸钴粉体材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将可溶性钴盐加入到容器Ⅰ的水中，配制成水溶液A，将可溶性磷酸盐加入到容器Ⅱ的水中，配制成水溶液B，其中，所述可溶性钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或多种，所述可溶性磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾中的一种或多种；2)将容器Ⅱ中的水溶液B加入到容器Ⅰ中的水溶液A中，在20～80℃的温条件下反应，反应完成后，反应温度不变，加氨水调节反应体系，使得反应体系呈中性，其中，所述水溶液B的加入量为使得水溶液B中的磷酸根的摩尔量与水溶液A中的钴元素的摩尔量之比为PO43‑：Co＝2:3；3)将步骤2)中得到的反应体系经过抽滤、洗涤、干燥、研磨、筛分后得到磷酸钴粉体材料，其中，用水进行洗涤。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钴粉体材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将可溶性钴盐加入到容器Ⅰ的水中，配制成水溶液A，所述水溶液A的浓度为0.017～8.5mol/L，将可溶性磷酸盐加入到容器Ⅱ的水中，配制成水溶液B，所述水溶液B的浓度为0.017～9.0mol/L，其中，所述可溶性钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或多种，所述可溶性磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或多种；2)将容器Ⅱ中的水溶液B加入到容器Ⅰ中的水溶液A中，在20～80℃的温度条件下反应，反应完成后，反应温度不变，加氨水调节反应体系，使得反应体系呈中性，所述氨水为质量百分比浓度为25％的分析纯氨水，其中，所述水溶液B的加入量为使得水溶液B中的磷酸根的摩尔量与水溶液A中的钴元素的摩尔量之比为PO43-：Co＝2:3；3)将步骤2)中得到的反应体系经过抽滤、洗涤、干燥、研磨、筛分后得到磷酸钴粉体材料，其中，用水进行洗涤，所述磷酸钴粉体的中位径为3～13微米，所述磷酸钴粉体材料为片状或球形磷酸钴粉体，磷酸钴粉体材料中的钠元素含量为0～55ppm，镁元素的含量为3～24ppm以及钙元素的含量为6～59ppm。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶液A的浓度为0.1～5mol/L，所述水溶液B的浓度为0.1～5mol/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：白珍辉，高利亭，江卫军，魏卫，张溪，苏迎春，
申请(专利权)人：中信国安盟固利电源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11