一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料及其制备方法技术

本发明专利技术的一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料，材料的化学式为：La

【技术实现步骤摘要】
一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料及其制备方法
本专利技术涉及电池材料前驱体生产领域，具体涉及一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料及其制备方法。
技术介绍
四氧化三钴是钴酸锂的主要原材料，主要应用于3C电子产品领域。在当前使用中钴酸锂存在的问题主要是理论电压在4.2V以上，但目前平均只有3.6V，最高也未达到4.0V，理论比容量为260hA/kg，实际比容量为130hA/kg，且容量随循环次数增加而下降。为了在更小的空间释放出更高的能量，钴酸锂正朝着4.5-4.6V高电压的方向发展高电压下能将更多的锂离子从晶体结构中脱出来，目前可以通过掺杂的方式提高材料在高电压充放电时的结构稳定性。其中铝、钛、稀土为最常见的掺杂元素.单独铝掺杂的四氧化三钴所合成的LiCoO2材料结构在一定程度上增加了稳定性，目前可以满足4.45V电压钴酸锂的需求。然而随着3C产品对性能需求进一步的提升，4.48V以及4.5V为目前发展的主流方向。此时，单一的铝掺杂已经无法满足更高，需要通过掺杂双金属甚至三金属起到多种金属的协同效应，从而不仅提高材料结构的稳定性，还可以增加材料的电导率以及提高锂离子在充放电过程中的迁移效率，使得最终烧成的钴酸锂满足下一代4.48V以及4.5V的产品需求。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料及其制备方法，本专利技术的材料均一性好、结构稳定性强、充放电过程中锂离子的扩散效率高、充放电过程中的阻抗降低，采用本专利技术的材料制备成的钴酸锂在高电压下具有高比容量和优良的循环性能。本专利技术采用以下技术方案：一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料，其特征在于，所述材料的化学式为：LaxAlyMgzCoaOb，其中，0.0015＜x＜0.004，0.035＜y＜0.1，0.01＜z＜0.02，2.876＜a＜2.954，3.999＜b＜4.005。根据上述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料，其特征在于，所述材料的截面形貌为由圆心向圆周呈发散状。一种基于上述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)配制钴盐溶液；钴盐溶液中钴离子的浓度为65g/L-195g/L；(2)配制铝盐溶液；铝盐溶液中铝离子的浓度为0.6g/L-6.0g/L；(3)配制镧盐溶液和镁盐溶液；镧盐溶液中镧离子的浓度为0.3g/L-1.2g/L，镁盐溶液中镁离子的浓度为0.3g/L-1.2g/L；(4)将步骤(3)中的镧盐溶液和镁盐溶液通过计量泵打入步骤(2)中的铝盐溶液，得到混合溶液；(5)将步骤(1)中的钴盐溶液、步骤(4)中的混合溶液、碳酸氢铵溶液分别通过计量泵以并流的方式加入到带有底液的反应釜中进行共沉淀反应，得到含有三金属的镧铝镁共掺杂的碳酸钴；底液为碳酸氢铵溶液或者去离子水；加入反应釜中的钴盐溶液、混合溶液、碳酸氢铵溶液的体积比为(0.5-1.5)：(1.0-3.0)：2；混合溶液中镧盐溶液、镁盐溶液、铝盐溶液的体积比为(1-2)：(1-2)：1；加入反应釜中的碳酸氢铵溶液的浓度为200g/L-260g/L；共沉淀反应的工艺条件为：反应的pH为7.0-7.4、反应温度为30℃-55℃、反应时间为120h-220h、反应转速为150rpm-800rpm；(6)将步骤(5)得到的含有三金属的镧铝镁共掺杂的碳酸钴煅烧，得到三金属镧铝镁共掺杂的四氧化三钴。根据上述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中钴盐溶液中的钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴中的一种或几种。根据上述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中铝盐溶液中的铝盐为硫酸铝。根据上述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中镧盐溶液中的镧盐为氯化镧；步骤(3)中镁盐溶液中的镁盐为氯化镁、硫酸镁中的一种或两种。根据上述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中钴盐溶液、混合溶液、碳酸氢铵溶液加入到带有底液的反应釜中的进料流量之比为(0.5-1.5)：(1.0-3.0)：2；底液的加入量为反应釜体积的15％-30％。根据上述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中底液为碳酸氢铵溶液时，底液的浓度为2g/L-40g/L。根据上述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中含有三金属的镧铝镁共掺杂的碳酸钴煅烧的工艺条件为：煅烧温度为250℃-1000℃、煅烧时间为4h-10h。本专利技术的有益技术效果：本专利技术所有的原料通过并流的方式加入到反应釜，能够减少各离子在反应釜中的沉淀速率，提高均一性；通过设计反应参数，使得铝不以羟基氧化铝的形式沉淀，减缓铝的沉淀速率，提高铝的均一性；采用三金属掺杂，通过协同作用，铝提高了材料的结构稳定性，镧可以提高材料充放电过程中锂离子的扩散效率，镁可以提高材料的电导率从而降低充放电过程中的阻抗；本专利技术所制得的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴制备成的钴酸锂在高电压下具有高比容量和优秀的循环性能。附图说明图1为实施例1的三金属镧铝镁共掺杂的碳酸钴的SEM形貌；图2为实施例1的三金属镧铝镁共掺杂的四氧化三钴的SEM形貌。具体实施方式四氧化三钴的形貌以及一次晶型会影响烧结成钴酸锂的过程，一次晶型越细小，越利于四氧化三钴与碳酸锂充分发生反应，生成晶型完整的钴酸锂。而根据拓扑机理，四氧化三钴的形貌基本上继承于碳酸钴的形貌，所以把二次团聚碳酸钴的一次晶粒做成细小的片状，通过煅烧可以得到放射状的四氧化三钴。本专利技术的一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料，材料的化学式为：LaxAlyMgzCoaOb，其中，0.0015＜x＜0.004，0.035＜y＜0.1，0.01＜z＜0.02，2.876＜a＜2.954，3.999＜b＜4.005。材料的截面形貌为由圆心向圆周呈发散状。本专利技术的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配制钴盐溶液；钴盐溶液中的钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴中的一种或几种；钴盐溶液中钴离子的浓度为65g/L-195g/L。(2)配制铝盐溶液；铝盐溶液中的铝盐为硫酸铝。铝盐溶液中铝离子的浓度为0.6g/L-6.0g/L。(3)配制镧盐溶液和镁盐溶液；镧盐溶液中的镧盐为氯化镧，镧盐溶液中镧离子的浓度为0.3g/L-1.2g/L。镁盐溶液中的镁盐为氯化镁、硫酸镁中的一种或两种，镁盐溶液中镁离子的浓度为0.3g/L-1.2g/L。(4)将步骤(3)中的镧盐溶液和镁盐溶液通过计量泵打入步骤(2)中的铝盐溶液，得到混合溶液；(5)将步骤(1)中的钴盐溶液、步骤(4)中的混合溶液、碳酸氢铵溶液分别通过计量泵以并流的方式加入到带有底液的反应釜中进行共沉淀反应，得到含有三金属的镧铝镁共掺杂的片状碳酸钴；底液为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料，其特征在于，所述材料的化学式为：La

【技术特征摘要】
1.一种镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料，其特征在于，所述材料的化学式为：LaxAlyMgzCoaOb，其中，0.0015＜x＜0.004，0.035＜y＜0.1，0.01＜z＜0.02，2.876＜a＜2.954，3.999＜b＜4.005。


2.根据权利要求1所述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料，其特征在于，所述材料的截面形貌为由圆心向圆周呈发散状。


3.一种基于权利要求1所述的镧铝镁原位共掺杂的四氧化三钴材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)配制钴盐溶液；钴盐溶液中钴离子的浓度为65g/L-195g/L；
(2)配制铝盐溶液；铝盐溶液中铝离子的浓度为0.6g/L-6.0g/L；
(3)配制镧盐溶液和镁盐溶液；镧盐溶液中镧离子的浓度为0.3g/L-1.2g/L，镁盐溶液中镁离子的浓度为0.3g/L-1.2g/L；
(4)将步骤(3)中的镧盐溶液和镁盐溶液通过计量泵打入步骤(2)中的铝盐溶液，得到混合溶液；
(5)将步骤(1)中的钴盐溶液、步骤(4)中的混合溶液、碳酸氢铵溶液分别通过计量泵以并流的方式加入到带有底液的反应釜中进行共沉淀反应，得到含有三金属的镧铝镁共掺杂的碳酸钴；底液为碳酸氢铵溶液或者去离子水；加入反应釜中的钴盐溶液、混合溶液、碳酸氢铵溶液的体积比为(0.5-1.5)：(1.0-3.0)：2；混合溶液中镧盐溶液、镁盐溶液、铝盐溶液的体积比为(1-2)：(1-2)：1；加入反应釜中的碳酸氢铵溶液的浓度为200g/L-260g/L；共沉淀反应的工艺条件为：反应的pH为7...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，李晨威，刘文泽，杨航，易全瑞，
申请(专利权)人：格林美股份有限公司，荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44