一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法，基于X射线衍射技术判断铝掺杂四氧化三钴材料性能，建立掺铝四氧化三钴材料XRD物相与其电化学性能的对应关系，可以方便地推测出锂离子电池的电化学性能，快速判断铝掺杂四氧化三钴材料本身是否合格，从而达到迅速调整其生产工艺参数的目的，提高了新型材料开发的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法
本专利技术涉及电池材料性能检测领域，具体涉及一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法。
技术介绍
从1990年索尼公司首次产业化真正意义上的锂离子电池，钴酸锂材料由于其工作电压高、充放电结构稳定、比能量高、循环稳定性好、环境友好等优点，被大量应用于智能手机、平板电脑、无人机等产品。然而当钴酸锂充电时脱出超过50％以上的锂时，会发生不可逆相变而影响循环性能和安全性能。目前主要采取的方法之一是掺杂铝元素，利用铝元素在充放电过程中的稳定性来稳定钴酸锂的结构。在湿法掺铝四氧化三钴合成工艺中，由于铝元素的溶度积常数远小于钴元素的溶度积常数，因此往往容易发生铝元素掺杂不均匀的情况。公开号为CN108373175A的专利公开了一种铝元素掺杂四氧化三钴的制备方法：将铝盐络合剂混合液、钴盐溶液、沉淀剂溶液采用并流的方式进料，避免络合剂先与钴离子络合，制备得到了各元素分布均匀的材料。该材料的性能检测仅是通过电镜观察四氧化三钴球形结构表面比较光滑而判断铝的掺杂比较均一，这种判断方法主观性和偶然性较大，检测结果准确度不够。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于X射线衍射技术判断铝掺杂四氧化三钴材料性能的检测方法，通过其应用对材料的合成提供指导。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法，其特征在于，所述方法包括：(1)将合成好的掺铝四氧化三钴材料样品，进行XRD(X射线衍射仪)测试，得到样品的物相的匹配度；(2)将采用步骤(1)所述的掺铝四氧化三钴材料样品作为前驱体与锂源制备得到的钴酸锂正极材料样品，进行扣电测试，得到电化学循环稳定性的保持率以及比容量；(3)建立标准的物相的匹配度与电化学循环稳定性的保持率以及比容量(质量比容量)的对应关系：当掺铝四氧化三钴材料与含铝复盐的匹配值在0.7-1之间时，则说明铝元素均匀掺杂在四氧化三钴晶体结构中，可以起到稳定充放电过程中物相稳定性的作用，则其对应的电化学循环稳定性在循环50圈后的比容量保持率为95％以上(基于初始值)；当掺铝四氧化三钴材料与含铝复盐的匹配值大于1时，则说明铝元素没有完全均匀掺杂在四氧化三钴晶体结构中，不能完全起到稳定充放电过程中物相稳定性的作用，则其对应的电化学循环稳定性在循环50圈后的比容量保持率在95％以下；当与掺铝四氧化三钴材料匹配的物相中无含铝氧化物时，说明铝元素没有单独偏析出来成一个物相，造成材料电阻的增大，则在同等的电压范围内其对应的比容量与无铝掺杂四氧化三钴材料一致；(4)将待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料进行XRD测试，得到待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料的物相的匹配度，参照标准的对应关系，即可判断待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料性能。进一步地，所述掺铝四氧化三钴材料样品的合成：(1)将氯化钴溶液与氯化铝溶液配制成铝钴混合溶液，所述氯化钴溶液浓度为1.5-2mol/L，氯化铝溶液浓度为0.02-0.05mol/L；(2)将配置好的铝钴混合溶液、浓度为8mol/L氢氧化钠溶液、氨水溶液、10-25m3/h空气并流加入到反应釜中，控制反应体系的pH为9-11，氨浓度为0.5mol/L，反应温度为55℃-60℃，当得到的掺铝四氧化三钴的粒度达到3.5-6um后，停止反应，进行离心洗涤、烘干、600-800℃煅烧，煅烧时间3-6h。进一步地，所述XRD测试的条件为：采用连续式扫描，扫描范围10-90°，扫描速率每分钟5度。进一步地，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂中的至少一种。进一步地，所述钴酸锂正极材料样品是通过将掺铝四氧化三钴材料样品与锂源按Li/Co摩尔比为1.02-1.05：1在800-1000℃下制备得到的。进一步地，所述扣电测试采用的扣电负极为锂片，测试条件为速率是1C常温循环，共50个周期。进一步地，所述含铝复盐为Co2AlO4。本专利技术的有益技术效果，本专利技术提供的一种基于X射线衍射技术判断铝掺杂四氧化三钴材料性能的方法，建立掺铝四氧化三钴材料XRD物相与其电化学性能的对应关系，可以方便地推测出锂离子电池的电化学性能，快速判断铝掺杂四氧化三钴材料本身是否合格，从而达到迅速调整其生产工艺参数的目的，提高了新型材料开发的效率。附图说明图1为实施例1掺铝四氧化三钴的XRD图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供的一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法，将制备的掺铝四氧化三钴材料进行XRD表征。一般来说，铝元素均匀掺杂时，不会偏析出含铝的晶体化合物，而是与钴、氧元素形成固溶体CoxAl1-xOy。通过对比实验的实施与相应的扣电的电化学数据可以建立掺铝四氧化三钴材料的XRD物相与其性能的对应关系，对材料的合成具有重要指导意义。实施例1参见图1，一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法，包括以下步骤：①配制浓度为2mol/L的氯化钴溶液与浓度为0.04mol/L的氯化铝溶液、浓度为8mol/L氢氧化钠溶液、浓度为0.5mol/L氨水溶液；将铝钴混合溶液、氢氧化钠溶液、氨水溶液、流量为13m3/h空气并流加入到反应釜中，控制反应体系的pH为10-11，温度为55℃；当掺铝四氧化三钴的粒度达到3.5um后，停止反应，进行离心洗涤、烘干、800℃煅烧3h；②将获得的掺铝四氧化三钴材料进行XRD测试，采用连续式扫描，扫描范围10-90°，扫描速率每分钟5度；③将获得的掺铝四氧化三钴材料和碳酸锂按Li/Co摩尔比为1.02：1在800℃高温下烧结后制备得到钴酸锂正极材料，并进行扣电测试；④建立标准的物相匹配度与电化学循环稳定性的保持率以及比容量的对应关系；⑤将待测掺铝四氧化三钴材料进行XRD测试，得到物相的匹配度，参照标准的对应关系，分析掺铝四氧化三钴材料的电化学性能。表一为实施例1中待测掺铝四氧化三钴XRD物相与之对于锂离子电池的电化学性能。从中可以看出掺铝四氧化三钴XRD的物相为Co3O4、Co2AlO4，且Co2AlO4匹配度与Co3O4均为0.7，并未出现铝元素单独的物相，可以预判铝元素的掺杂可以起到稳定Co3O4结构的作用；而其电化学性能验证了这一判断，其循环50圈后的比容量保持率高达96.7％。表一实施例2一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法，包括以下步骤：①配制浓度为1.5mol/L的氯化钴溶液与浓度为0.025mol/L的氯化铝溶液、8mol/L氢氧化钠溶液、0.5mol/L氨水溶液；将铝钴混合溶液、氢氧化钠溶液、氨水溶液、25m3/h空气并流加入到反应釜中，控制反应体系的pH为9.5-10.5，温度为60℃；当掺铝四氧化三钴的粒度达到6um后，停止反应，进行离心洗涤、烘干、600℃煅烧6h；②将获得的掺铝四氧化三钴材料进行XRD测试，采用连续式扫描，扫描范围10-90°，扫描速率每分钟5度；③将获得的掺铝四氧化三钴材料和碳酸锂按Li/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法，其特征在于，所述方法包括：/n(1)将合成好的掺铝四氧化三钴材料样品，进行XRD测试，得到样品的物相的匹配度；/n(2)将采用步骤(1)所述的掺铝四氧化三钴材料样品作为前驱体与锂源制备得到的钴酸锂正极材料样品，进行扣电测试，得到电化学循环稳定性的保持率以及比容量；/n(3)建立标准的物相的匹配度与电化学循环稳定性的保持率以及比容量的对应关系；/n(4)将待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料进行XRD测试，得到待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料的物相的匹配度，参照标准的对应关系，即可判断待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料性能。/n

【技术特征摘要】
1.一种掺铝四氧化三钴材料性能的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将合成好的掺铝四氧化三钴材料样品，进行XRD测试，得到样品的物相的匹配度；
(2)将采用步骤(1)所述的掺铝四氧化三钴材料样品作为前驱体与锂源制备得到的钴酸锂正极材料样品，进行扣电测试，得到电化学循环稳定性的保持率以及比容量；
(3)建立标准的物相的匹配度与电化学循环稳定性的保持率以及比容量的对应关系；
(4)将待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料进行XRD测试，得到待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料的物相的匹配度，参照标准的对应关系，即可判断待测电化学性能的掺铝四氧化三钴材料性能。


2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述标准的物相的匹配度与电化学循环稳定性的保持率以及比容量的对应关系如下：
当掺铝四氧化三钴材料与含铝复盐的匹配值在0.7-1之间时，其对应的电化学循环稳定性在循环50圈后的比容量保持率为95％以上；
当掺铝四氧化三钴材料与含铝复盐的匹配值大于1时，其对应的电化学循环稳定性在循环50圈后的比容量保持率在95％以下；当与掺铝四氧化三钴材料匹配的物相中无含铝氧化物时，在同等的电压范围内其对应的比容量与无铝掺杂四氧化三钴材料一致。


3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述掺铝四氧化三钴材料样...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，李炳忠，戴熹，马兴兴，
申请(专利权)人：格林美江苏钴业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32