一种掺铝四氧化三钴的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺铝四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：(1)配制钴盐溶液、氢氧化钠溶液、氨水溶液，向氨水溶液中添加水合肼溶液；(2)将钴盐溶液、氢氧化钠溶液、添加有水合肼溶液的氨水溶液、铝溶胶溶液以并流的方式加入到反应釜中进行合成反应；当反应釜中的物料体积达到反应釜体积的80％～85％时，将反应釜中的物料打入精密过滤器中浓缩，得到浓浆料，浓浆料返回反应釜中继续进行合成反应，得到目标粒径的掺铝氢氧化钴；(3)将目标粒径的掺铝氢氧化钴陈化、过滤、洗涤、干燥、煅烧，得到掺铝四氧化三钴产品。本发明专利技术通过先制备均匀掺铝氢氧化钴产品，再煅烧得到掺铝四氧化三钴。

【技术实现步骤摘要】
一种掺铝四氧化三钴的制备方法
本专利技术属锂离子电池
，具体涉及一种掺铝四氧化三钴的制备方法。
技术介绍
钴酸锂为正极材料所制备的锂离子电池具有重量轻、容量大、比能量高、工作电压高、放电平稳、适合大电流放电、循环性能好、寿命长等特点，主要应用于3C数码领域。钴酸锂正朝着高电压、高压实、高循环性能的方向发展，对原材料四氧化三钴的要求越来越高。Co3O4是一种具有特殊结构和性能的功能材料，掺铝四氧化三钴产品能够提高钴酸锂的充电电压和循环性能，所以掺铝Co3O4的市场需求逐步凸显。研究如何制备掺铝四氧化三钴已经成为热点。中国专利技术专利CN201810455841.X，公开了“一种大粒径掺铝四氧化三钴的制备方法”，具体制作方法是采用连续生产的方法，在进行中和沉淀反应的同时，边反应边分离出不含物料的上清液，得到含有铝的粒径D50为10～14.5μm的碳酸钴晶种，再继续向所述晶种中添加铝钴溶液及碳酸氢铵溶液进行中和沉淀反应，直到得到粒径D50为18～21μm的大粒径掺铝碳酸钴，对所得掺铝碳酸钴进行除铁、脱水、洗涤、干燥，进行分段式热分解，得到粒度D50为17.5-19μm的黑色粉末状掺铝氧化钴产品；中国专利技术专利CN201711217367.9，公开了“一种大粒径均匀掺铝四氧化三钴的制备方法”，该方法采用湿法合成大粒径掺铝碳酸钴，针对碳酸钴体系掺铝均匀性问题，从原理上设置参数，防止铝化合物单独析出、聚集，所掺Al元素能均匀分布在四氧化三钴里，粒径达15μm以上，粒度分布均匀。上述专利均采用先合成掺铝碳酸钴，再煅烧制备得到掺铝四氧化三钴产品，存在反应时间长，过程繁琐的问题。
技术实现思路
为克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种生产过程简单易控、得到的产品大小颗粒分布均匀、钴酸锂产品的压实密度提高的掺铝四氧化三钴的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)配制钴离子浓度为90g/L～110g/L的钴盐溶液；配制浓度为200g/L～300g/L的氢氧化钠溶液；配制浓度为90g/L～100g/L的氨水溶液，向氨水溶液中添加水合肼溶液，氨水溶液与水合肼溶液的体积比为200:(1～2)；配制铝含量为4g/L～8g/L的铝溶胶溶液；(2)将钴盐溶液、氢氧化钠溶液、添加有水合肼溶液的氨水溶液、铝溶胶溶液以并流的方式加入到反应釜中进行合成反应；钴盐溶液加入到反应釜中的流量为390L/h～410L/h，添加有水合肼溶液的氨水溶液加入到反应釜中的流量为65L/h～75L/h，铝溶胶溶液加入到反应釜中的流量为50L/h～60L/h；当反应釜中的物料体积达到反应釜体积的80％～85％时，将反应釜中的物料打入精密过滤器中浓缩，得到浓浆料，浓浆料返回反应釜中继续进行合成反应，得到目标粒径的掺铝氢氧化钴；合成反应的工艺条件为：反应pH值为8.4～8.8、反应温度为74℃～76℃、搅拌强度为140转/min～160转/min、反应时间为40h～50h；(3)将目标粒径的掺铝氢氧化钴陈化、过滤、洗涤、干燥，得到均相掺铝氢氧化钴产品；(4)将均相掺铝氢氧化钴产品煅烧，得到掺铝四氧化三钴产品。根据上述的掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，步骤(1)中钴盐溶液为硫酸钴、硝酸钴或氯化钴中的一种。根据上述的掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，步骤(1)中铝溶胶溶液的制备方法为：用纯水稀释pH值为3～5、胶粒粒径在10nm～15nm的铝溶胶，得到铝含量为4g/L～8g/L的铝溶胶溶液。根据上述的掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，步骤(3)中陈化时间为1h～2h；步骤(3)中洗涤方式为采用80℃～90℃的去离子水进行离心机洗涤；步骤(3)中干燥使用的设备为盘式干燥机，干燥温度为200℃～300℃。根据上述的掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，步骤(4)中将均相掺铝氢氧化钴产品煅烧的工艺条件为：采用推舟炉煅烧、煅烧温度为700℃～750℃、煅烧时间为4h～6h。根据上述的掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，步骤(1)中水合肼溶液的质量百分比浓度为80％～85％。根据上述的掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，步骤(4)中掺铝四氧化三钴产品的激光粒度D50为16μm～18μm、掺铝量为0.4％～0.8％、振实密度为2.4g/cm3～2.6g/cm3、比表面积为1.0m2/g～3.0m2/g、形貌为块状或类球形。本专利技术的有益技术效果：本专利技术涉及用于制备高电压钴酸锂的掺铝四氧化三钴制备方法。本专利技术用纯水将pH值为3～5、胶粒粒径在10nm～15nm的铝溶胶稀释至铝含量为4g/L～8g/L的稀铝溶胶溶液。合成反应开始时，稀铝溶胶溶液和钴溶液、碱溶液、氨水溶液并流加入反应釜中，稀铝溶胶溶液在反应釜中解胶成10～15nm的氧化铝颗粒，和生成的氢氧化钴共同沉淀，得到均匀掺铝氢氧化钴，合成结束后陈化、洗涤、干燥、在一定条件下煅烧，得到掺铝四氧化三钴产品。由于Co(OH)2的Ksp为1.6×10-15，Al(OH)3的Ksp为3.0×10-34，在相同的温度和pH值条件下，氢氧化铝的沉淀速度远大于氢氧化钴的沉淀速度，采用钴铝溶液共沉淀法不易制备出均匀掺铝氢氧化钴。本专利技术采用纳米铝溶胶为掺杂剂，通过铝溶胶在氢氧化钴合成条件下的缓慢解胶制备得到均匀掺铝氢氧化钴。合成结束后，将合成产物洗涤、干燥、煅烧，得到掺铝四氧化三钴产品。掺铝四氧化三钴产品中大小颗粒均匀分布，有利于提高钴酸锂产品的压实密度。附图说明图1为本专利技术的工艺流程示意图；图2为实施例1制备的掺铝四氧化三钴产品的SEM检测结果；图3为实施例2制备的掺铝四氧化三钴产品的SEM检测结果；图4为实施例3制备的掺铝四氧化三钴产品的SEM检测结果。具体实施方式参见图1，本专利技术的一种掺铝四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：(1)配液：以钴盐为原料，配制钴离子浓度为90g/L～110g/L的钴盐溶液；钴盐溶液为硫酸钴、硝酸钴或氯化钴中的一种。配制浓度为200g/L～300g/L的氢氧化钠溶液；配制浓度为90g/L～100g/L的氨水溶液，向氨水溶液中添加质量百分比浓度为80％～85％的水合肼溶液，氨水溶液与水合肼溶液的体积比为200:(1～2)；用纯水稀释pH值为3～5、胶粒粒径在10nm～15nm的铝溶胶，得到铝含量为4g/L～8g/L的铝溶胶溶液。(2)合成反应：在10m3反应釜中进行掺铝氢氧化钴的制备。合成反应开始时，将钴盐溶液、氢氧化钠溶液、添加有水合肼溶液的氨水溶液、铝溶胶溶液以并流的方式加入到反应釜中，在搅拌下进行掺铝氢氧化钴的制备。钴盐溶液加入到反应釜中的流量为390L/h～410L/h，添加有水合肼溶液的氨水溶液加入到反应釜中的流量为65L/h～75L/h，铝溶胶溶液加入到反应釜中的流量为50L/h～60L/h，氢氧化钠溶液流量根据反应pH值调节。当反应釜中的物料体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)配制钴离子浓度为90g/L～110g/L的钴盐溶液；配制浓度为200g/L～300g/L的氢氧化钠溶液；配制浓度为90g/L～100g/L的氨水溶液，向氨水溶液中添加水合肼溶液，氨水溶液与水合肼溶液的体积比为200:(1～2)；配制铝含量为4g/L～8g/L的铝溶胶溶液；/n(2)将钴盐溶液、氢氧化钠溶液、添加有水合肼溶液的氨水溶液、铝溶胶溶液以并流的方式加入到反应釜中进行合成反应；钴盐溶液加入到反应釜中的流量为390L/h～410L/h，添加有水合肼溶液的氨水溶液加入到反应釜中的流量为65L/h～75L/h，铝溶胶溶液加入到反应釜中的流量为50L/h～60L/h；当反应釜中的物料体积达到反应釜体积的80％～85％时，将反应釜中的物料打入精密过滤器中浓缩，得到浓浆料，浓浆料返回反应釜中继续进行合成反应，得到目标粒径的掺铝氢氧化钴；合成反应的工艺条件为：反应pH值为8.4～8.8、反应温度为74℃～76℃、搅拌强度为140转/min～160转/min、反应时间为40h～50h；/n(3)将目标粒径的掺铝氢氧化钴陈化、过滤、洗涤、干燥，得到均相掺铝氢氧化钴产品；/n(4)将均相掺铝氢氧化钴产品煅烧，得到掺铝四氧化三钴产品。/n...

【技术特征摘要】
1.一种掺铝四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)配制钴离子浓度为90g/L～110g/L的钴盐溶液；配制浓度为200g/L～300g/L的氢氧化钠溶液；配制浓度为90g/L～100g/L的氨水溶液，向氨水溶液中添加水合肼溶液，氨水溶液与水合肼溶液的体积比为200:(1～2)；配制铝含量为4g/L～8g/L的铝溶胶溶液；
(2)将钴盐溶液、氢氧化钠溶液、添加有水合肼溶液的氨水溶液、铝溶胶溶液以并流的方式加入到反应釜中进行合成反应；钴盐溶液加入到反应釜中的流量为390L/h～410L/h，添加有水合肼溶液的氨水溶液加入到反应釜中的流量为65L/h～75L/h，铝溶胶溶液加入到反应釜中的流量为50L/h～60L/h；当反应釜中的物料体积达到反应釜体积的80％～85％时，将反应釜中的物料打入精密过滤器中浓缩，得到浓浆料，浓浆料返回反应釜中继续进行合成反应，得到目标粒径的掺铝氢氧化钴；合成反应的工艺条件为：反应pH值为8.4～8.8、反应温度为74℃～76℃、搅拌强度为140转/min～160转/min、反应时间为40h～50h；
(3)将目标粒径的掺铝氢氧化钴陈化、过滤、洗涤、干燥，得到均相掺铝氢氧化钴产品；
(4)将均相掺铝氢氧化钴产品煅烧，得到掺铝四氧化三钴产品。


2.根据权利要求1所述的掺铝四氧化三钴的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓闯，赵亮，冯玉洁，蒋晓锋，郭幸，敬军臣，
申请(专利权)人：金川集团股份有限公司，兰州金川新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62