片状形貌掺铝碳酸钴的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种片状形貌掺铝碳酸钴的制备方法及其应用，该制备方法先将钴盐、铝盐和多羟基化合物混合配制成混合溶液，再将混合溶液与碳酸氢铵溶液混合，控制pH，在加热搅拌下进行反应，得到晶种溶液，再向晶种溶液中加入混合溶液和碳酸氢铵溶液，控制pH，在加热搅拌下进行反应，其中，在反应过程中控制浆料固含量为20

【技术实现步骤摘要】
片状形貌掺铝碳酸钴的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料前驱体制备
，具体涉及一种片状形貌掺铝碳酸钴的制备方法及其应用。

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，碳酸钴前驱体中掺铝有利于稳定材料结构，提升材料在高电压条件下(4.45V及以上)充放电过程中的稳定性，进而影响电池的循环性能和安全性能。
[0003]相关技术公开了一种由超大单晶复合堆积而成的球形碳酸钴颗粒及其制备方法，但其制备过程循环重复进行“静置沉降
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抽上清液
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投料
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釜满停止投料”，该方法效率偏低且操作繁琐。还有相关技术公开了一种掺杂型碱式碳酸钴/碳酸钴复合前驱体及其制备方法，通过平稳降低反应体系的搅拌线速度，使反应体系的粒度涨幅适宜，但电镜显示碳酸钴颗粒表面有片状物析出，影响铝分布的均匀性。

技术实现思路

[0004]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片状形貌掺铝碳酸钴的制备方法及其应用。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提出了一种片状形貌掺铝碳酸钴的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将钴盐、铝盐和多羟基化合物混合配制成混合溶液；
[0007]S2：将所述混合溶液与碳酸氢铵溶液混合，控制pH，在加热搅拌下进行反应，得到晶种溶液；
[0008]S3：向所述晶种溶液中加入所述混合溶液和碳酸氢铵溶液，控制pH，在加热搅拌下进行反应，其中，在反应过程中控制浆料固含量为20
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40％，直至浆料的颗粒粒度生长至目标值，分离出固相，经洗涤和烘干得到片状形貌掺铝碳酸钴。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述混合溶液中钴离子的浓度为1.8
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2.2mol/L；优选的，所述混合溶液中铝元素和钴元素的质量比为0.005
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0.01。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述钴盐选自硫酸钴、硝酸钴或氯化钴中的一种或几种。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述铝盐为硫酸铝。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述混合溶液中多羟基化合物的浓度为0.01
‑
0.015mol/L。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述羟基化合物选自乙二醇，、丙三醇、季戊四醇、葡萄糖或蔗糖的一种或几种。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述加热的温度为40
‑
45℃。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述晶种的粒径D50为2
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8μm。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2的具体过程为：向反应釜中加入碳酸氢铵溶液作为底液，开启加热和搅拌，并流加入所述混合溶液与碳酸氢铵溶液进行反应，反应过程中通过调节碳酸氢铵溶液的流量来控制pH，当反应釜内液位达到目标值时开启浓缩，直至物料的颗粒粒度生长至目标值，晶种制备完成。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3的晶种生长直接在步骤S2制备晶种的反应釜中进行，无需转移晶种，晶种合成与生长均在同一反应釜内完成，生产操作简便。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述底液的浓度为0.8
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1.6mol/L，并流加入的碳酸氢铵溶液的浓度为2.0
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3.0mol/L，并流加入的碳酸氢铵溶液的流量为10
‑
15L/h，所述混合溶液的流量为20
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30L/h。进一步地，所述底液的pH为7.8
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8.5。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，反应过程中通过调节碳酸氢铵溶液的流量来控制pH为7.4
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7.6。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述底液占反应釜体积的30
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40％；进一步地，当反应釜内液位达到反应釜体积的80
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85％时开启浓缩。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述碳酸氢铵溶液的浓度为2.0
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3.0mol/L，碳酸氢铵溶液加入的流量为40
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60L/h，所述混合溶液加入的流量为20
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30L/h。需要说明的是，碳酸氢铵溶液的流量是通过PLC控制的，在实际反应中PLC控制碳酸氢铵溶液输出的流量范围为40
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60L/h。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述pH为7.2
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7.4。具体地，通过PLC控制系统调节碳酸氢铵溶液的流量来维持晶种生长阶段的pH为7.2
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7.4。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述加热的温度为45
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50℃。反应温度较低，能耗低。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述片状形貌掺铝碳酸钴的粒径D50为10
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18μm。优选的，铝元素的含量为2300
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4800ppm。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述洗涤采用80
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85℃的热水，洗涤的时间为40
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60min。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述烘干的温度为110
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120℃，烘干后物料的水分含量低于1％。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述烘干后还包括过筛的工序，过筛的目数为350
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450目。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述反应釜的混合溶液和碳酸氢铵溶液的进液管均带有喷淋装置，且喷淋口正对搅拌桨叶。有助于沉淀结晶反应迅速进行，促进了薄片状晶粒的生长，同时避免了加料端局部过饱和过大而产生与薄片晶型不同的结晶产物。
[0029]本专利技术还提供所述的制备方法在制备钴酸锂正极材料中的应用。
[0030]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：
[0031]1、本专利技术通过加入多羟基类化合物，改变了溶液的化学势和粒子运动速率，改变了晶体生长环境，进而对晶面的生长造成影响；且多羟基类化合物有着很强的结晶诱导能力，可通过氢键与生成物颗粒连接在一起，影响粒子某方向的生长速度，使其沿着特定的方向生长，形成特定形貌，使掺铝碳酸钴出现了竖立生长的晶片，从而实现了转晶。
[0032]2、本专利技术通过控制浆料浓度在较低的范围内：20
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40％，可以加快溶质分子之间相互碰撞、吸附、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片状形貌掺铝碳酸钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将钴盐、铝盐和多羟基化合物混合配制成混合溶液；S2：将所述混合溶液与碳酸氢铵溶液混合，控制pH，在加热搅拌下进行反应，得到晶种溶液；S3：向所述晶种溶液中加入所述混合溶液和碳酸氢铵溶液，控制pH，在加热搅拌下进行反应，其中，在反应过程中控制浆料固含量为20
‑
40％，直至浆料的颗粒粒度生长至目标值，分离出固相，经洗涤和烘干得到片状形貌掺铝碳酸钴。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合溶液中钴离子的浓度为1.8
‑
2.2mol/L；优选的，所述混合溶液中铝元素和钴元素的质量比为0.005
‑
0.01。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合溶液中多羟基化合物的浓度为0.01
‑
0.015mol/L；优选的，所述羟基化合物选自乙二醇，、丙三醇、季戊四醇、葡萄糖或蔗糖的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述晶种的粒径D50为2
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8μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2的具体过程为：向反应釜中加入碳酸氢铵溶液作为底液，开启加热和搅拌，并流加...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢星华，李长东，阮丁山，刘更好，蔡勇，李斌，
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：