掺镍碳酸钴及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种掺镍碳酸钴及其制备方法和应用，该方法将第一碳酸盐溶液与镍盐溶液混合进行反应，并控制温度和pH，得到碳酸镍晶种，第一碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾中的一种或两种，将碳酸镍晶种、钴盐溶液和碳酸氢铵溶液混合进行反应，并控制温度和pH，得到掺镍碳酸钴浆料，将掺镍碳酸钴浆料进行固液分离、洗涤和干燥，即得掺镍碳酸钴。本发明专利技术先使用镍盐和碳酸钠制备出球形碳酸镍晶种，再加入钴盐和碳酸氢铵制备碳酸钴，最终得到了镍掺杂碳酸钴，掺镍碳酸钴经过热分解后能够使内部镍元素向外迁移，获得镍元素均匀分布的四氧化三钴前驱体材料。材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
掺镍碳酸钴及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料前驱体
，具体涉及一种掺镍碳酸钴及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钴酸锂正极材料由于其能量密度高的优点，主要应用在3C领域，伴随着5G手机的普及，对锂离子电池续航时间和体积大小的要求不断提高，四氧化三钴作为钴酸锂正极材料前驱体，由碳酸钴热分解制得，碳酸钴前驱体中掺杂镍有利于提升高材料在高电压条件下(4.45V及以上)放电比容量；由于碳酸镍溶度积远大于碳酸钴溶度积，通过共沉淀法合成掺镍碳酸钴的过程由于中镍的沉淀率偏低，导致上清液中镍含量较高，增加了废水处理成本，难以实现工业化生产。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种掺镍碳酸钴及其制备方法和应用。
[0004]根据本专利技术的一个方面，提出了一种掺镍碳酸钴的制备方法，包括以下步骤：
[0005]S1：将第一碳酸盐溶液与镍盐溶液混合进行反应，并控制温度和pH，得到碳酸镍晶种，所述第一碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾中的一种或两种；
[0006]S2：将碳酸镍晶种、钴盐溶液和碳酸氢铵溶液混合进行反应，并控制温度和pH，得到掺镍碳酸钴浆料；
[0007]S3：将掺镍碳酸钴浆料进行固液分离、洗涤和干燥，即得掺镍碳酸钴。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1的具体过程为：先加入第二碳酸盐溶液作为底液，向所述底液中同时加入所述第一碳酸盐溶液和所述镍盐溶液进行反应，并控制温度和pH，得到碳酸镍晶种；所述第二碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾中的一种或两种。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述底液的浓度为0.5
‑
1.5mol/L；优选的，所述底液的pH值为8.5
‑
9.5。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述反应的温度为38
‑
42℃，pH为8.0
‑
9.0。
[0011]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S1更具体的过程为：先向反应釜中加入第二碳酸盐溶液作为底液，控制温度为38
‑
42℃，在搅拌条件下并流加入镍盐溶液和碳酸钠溶液，通过控制碳酸钠溶液的流量维持反应的pH为8.0
‑
9.0，当粒度生长至目标值时，即得所述碳酸镍晶种。通过不同底液pH，晶种合成温度及时间可以控制碳酸镍晶种的粒度大小，进而控制成品样中镍元素的含量。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述镍盐为氯化镍或硫酸镍中的一种或两种。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述镍盐溶液中镍离子的浓度为1.5
‑
2.0mol/L，所述第一碳酸盐溶液的浓度为1.5
‑
2.5mol/L。优选的，所述镍盐溶液的流量为2
‑
3L/h，并流的时间为10
‑
20h。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述钴盐为氯化钴或硫酸钴中的一种或两种。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述反应的温度为45
‑
55℃，pH为7.0
‑
7.5。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2的具体过程为：向含有碳酸镍晶种的反应釜中并流加入钴盐溶液和碳酸氢铵溶液，控制温度为45
‑
55℃，通过控制碳酸氢铵溶液的流量维持反应的pH为7.0
‑
7.5，当釜内液位达到一定高度时开启浓缩，钴盐溶液和碳酸氢铵溶液持续通入并保持釜内液位相对稳定，直到粒度生长至目标值，即得所述掺镍碳酸钴浆料。碳酸镍晶种合成与碳酸钴生长可在同一反应釜内完成，且反应温度较低，能耗低，同时通过浓缩工序提高了合成效率。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述碳酸镍晶种的粒径D50为2
‑
5μm，步骤S3中，所述掺镍碳酸钴的粒径D50为8
‑
20μm。进一步地，掺镍碳酸钴中镍元素的质量分数为0.1
‑
2％。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述钴盐溶液中钴离子的浓度为1.6
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2.4mol/L，所述碳酸氢铵溶液的浓度为2.0
‑
3.0mol/L；优选的，所述钴盐溶液的流量2
‑
3L/h。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述洗涤采用70
‑
80℃的热纯水洗涤10
‑
30min；优选的，所述干燥的温度为100
‑
110℃。进一步地，干燥后物料的水分含量低于1％。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，在干燥后还进行过筛，筛网目数为300
‑
400。
[0021]本专利技术还提供一种掺镍碳酸钴，由所述的制备方法制得。
[0022]本专利技术还提供一种四氧化三钴，由所述的掺镍碳酸钴经过热分解制得。所述热分解的温度为600
‑
800℃，时间为3
‑
5h。
[0023]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术先使用镍盐和碳酸钠制备出球形碳酸镍晶种，再加入钴盐和碳酸氢铵制备碳酸钴，最终得到了镍掺杂碳酸钴，其优点在于：(1)避免在碳酸盐体系中镍钴共沉淀时由于碳酸镍溶度积远大于碳酸钴，导致镍沉淀不完全，造成上清液中镍的损失；(2)球形碳酸镍晶种制备过程中使用碳酸钠作为沉淀剂，由于碳酸钠是强碱弱酸盐，为反应提供CO
32
‑
同时，也可以确保体系有较高的pH值，有利于碳酸镍颗粒均匀成核并使镍能够沉淀完全；(3)晶种生长阶段使用钴盐和碳酸氢铵作为沉淀剂，确保反应平稳进行，使碳酸钴颗粒沿着碳酸镍晶核表面向外均匀生长。
[0025]2、本专利技术的掺镍碳酸钴经过热分解后能够使内部镍元素向外迁移，获得镍元素均匀分布的四氧化三钴前驱体材料。
附图说明
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
[0027]图1为本专利技术实施例1掺镍碳酸钴10000倍的SEM图；
[0028]图2为本专利技术实施例1掺镍碳酸钴20000倍的SEM图；
[0029]图3为本专利技术实施例2掺镍碳酸钴10000倍的SEM图；
[0030]图4为本专利技术实施例2掺镍碳酸钴20000倍的SEM图；
[0031]图5为本专利技术实施例3掺镍碳酸钴50000倍的SEM图；
[0032]图6为本专利技术实施例3掺镍碳酸钴10000倍的SEM图；
[0033]图7为本专利技术实施例4掺镍碳酸钴50000倍的SEM图；
[0034]图8为本专利技术实施例4掺镍碳酸钴10000倍的SEM图；
[0035]图9为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺镍碳酸钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将第一碳酸盐溶液与镍盐溶液混合进行反应，并控制温度和pH，得到碳酸镍晶种，所述第一碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾中的一种或两种；S2：将碳酸镍晶种、钴盐溶液和碳酸氢铵溶液混合进行反应，并控制温度和pH，得到掺镍碳酸钴浆料；S3：将掺镍碳酸钴浆料进行固液分离、洗涤和干燥，即得掺镍碳酸钴。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1的具体过程为：先加入第二碳酸盐溶液作为底液，向所述底液中同时加入所述第一碳酸盐溶液和所述镍盐溶液进行反应，并控制温度和pH，得到碳酸镍晶种；所述第二碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述反应的温度为38
‑
42℃，pH为8.0
‑
9.0。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述底液的浓度为0.5
‑
1.5mol/L；优选的，所述底液的pH值为8.5
‑
9.5。5.根据权利要求2所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢星华，李长东，阮丁山，刘更好，李斌，蔡勇，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：