大粒径球形碳酸钴及其合成方法技术

本发明专利技术属于电池材料技术领域，公开了碳酸钴的合成工艺。在湿法共沉淀过程中先合成碳酸钴晶种，再通过控制共沉淀过程的pH值等，实现碳酸钴一次颗粒形貌的有效调控。本发明专利技术所合成的碳酸钴表面具有一定的孔隙率，可增加碳酸钴在一段式煅烧过程中CO2气体的快速释放，解决煅烧过程中二次颗粒的开裂问题。煅烧过程中二次颗粒的开裂问题。煅烧过程中二次颗粒的开裂问题。

【技术实现步骤摘要】
大粒径球形碳酸钴及其合成方法


[0001]本专利技术属于电池材料
，具体涉及正极材料前驱体的合成工艺，尤其涉及碳酸钴的合成工艺。

技术介绍

[0002]基于3C市场的快速发展，人们对四氧化三钴的需求和要求也越来越高。碳酸钴作为四氧化三钴的重要前驱体之一，其性质和指标很大程度上决定了四氧化三钴的性能。普遍的，市场上对于大粒径四氧化三钴的要求通常需要满足两种：1）形貌为类球形结构；2）二次颗粒不开裂。大粒径球形碳酸钴通常采用两段煅烧方式来缓解二次颗粒的开裂问题，此种工艺降低了设备利用率，增加了人工成本。湿法合成大粒径碳酸钴时，由于体系合成总时间较长，所以传统工艺多采用清水开槽+多次分釜，这种工艺的耗时长、设备利用率低、人工成本高。

技术实现思路

[0003]针对目前制备大粒径球形碳酸钴时遇到的问题，本专利技术的主要目的是提供一种大粒径球形碳酸钴的合成方法。
[0004]本专利技术提供的大粒径球形碳酸钴的合成方法，包括以下步骤：步骤S1：配制硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液；步骤S2：制备碳酸钴晶种：以碳酸氢铵溶液为反应釜底液，将硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液并流加入反应釜中，控制反应体系的pH值为7.6~7.8；在总进料时间为80~100h内，控制反应浆料的粒度达到预设值，然后停止进料，离心甩干，得到晶种，备用；步骤S3：碳酸钴晶种生长：晶种在反应釜内加水调浆，并调节pH值为7.6~7.8；然后并流加入硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液，在反应初始的4h~10h内，调节反应体系的pH值为7.6~7.8，然后控制反应体系的pH值每隔2h~5h降低0.1，直至pH值达到7.2~7.3并维持该pH值至反应浆料的粒度达到目标值；步骤S4：过滤、洗涤、烘干，得到大粒径球形碳酸钴。
[0005]本专利技术的专利技术人发现，在合成大粒径碳酸钴时，晶种生长阶段的反应时长和反应pH的双重作用会改变碳酸钴一次颗粒的形貌。当生长阶段的反应时间较短时，不论体系的pH是高还是低，碳酸钴的一次颗粒均为块状结构。此外，若是生长阶段的pH一直控制在7.6~7.8，不论体系的反应时间是长还是短，碳酸钴的一次颗粒均为块状结构。本专利技术在晶种生长阶段，先控制反应体系的pH值为7.6~7.8，然后逐步降低pH值至7.2~7.3并维持，得到的碳酸钴的一次颗粒呈径向生长的条状。
[0006]进一步地，所述硫酸钴溶液浓度为1.0~2.0mol/L，所述碳酸氢铵溶液的浓度为2.0~3.0mol/L。
[0007]进一步地，所述反应釜底液中碳酸氢铵的浓度为0.5~1.0mol/L；反应釜底液的体积为反应釜总体积的30~60%。
[0008]进一步的，步骤S2中，反应浆料的预设值为8~10μm。
[0009]进一步的，步骤S3中，晶种调浆至固含量为100~200g/L。
[0010]进一步的，在本专利技术的部分实施例中，步骤S3中，反应初始，硫酸钴溶液的流量为步骤S2中硫酸钴溶液的流量的0.3~0.5倍；每隔12~24h将硫酸钴溶液的流量提升30~40%。
[0011]在本专利技术的部分实施例中，步骤S2中硫酸钴溶液流量为2~3L/h。
[0012]进一步的，在本专利技术的部分实施例中，控制步骤S3在70~90h的时间内反应浆料粒度达到目标值。
[0013]作为优选，所述目标值为19.0~19.5μm。
[0014]进一步地，步骤S2和步骤S3均开启搅拌。步骤S2中的搅拌线速度为4~5m/s，步骤S3中的搅拌线速度为2~3m/s。
[0015]作为优选，搅拌方式为圆盘涡轮式搅拌。
[0016]进一步的，作为优选，步骤S2和步骤S3中反应体系的温度为40~45℃。
[0017]进一步的，通过控制碳酸氢铵的流量调节步骤S2和步骤S3反应过程中的pH值。
[0018]本专利技术所合成的碳酸钴表面具有一定的孔隙率，可增加碳酸钴在一段式煅烧过程中CO2气体的快速释放，解决煅烧过程中二次颗粒的开裂问题。
[0019]基于同样的专利技术构思，本专利技术也提供一种碳酸钴，其通过上述方法制备得到，一次颗粒为径向生长的条状，二次颗粒具有孔隙。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术在湿法共沉淀过程中采用高pH以及较长的反应时间先合成碳酸钴晶种，再通过控制共沉淀过程的含固量、pH值等的有效搭配，实现碳酸钴一次颗粒形貌的有效调控；（2）采用湿法工艺合成碳酸钴，合成时间较短，工艺连续可控；（3）一台反应釜设备即可达到工艺要求，提高现有设备的利用率。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备得到的碳酸钴SEM图。
[0022]图2为实施例2制备得到的碳酸钴SEM图。
[0023]图3为对比例1制备得到的碳酸钴SEM图。
[0024]图4为对比例2制备得到的碳酸钴SEM图。
[0025]图5为对比例3制备得到的碳酸钴SEM图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。
[0027]实施例1步骤S1：配制浓度为1.5mol/L的硫酸钴盐溶液以及2.5mol/L的碳酸氢铵溶液；步骤S2：以0.5mol/L的碳酸氢铵溶液为打底液，底液体积占合成槽总体积的60%，合成槽的搅拌桨为圆盘涡轮式搅拌。调整体系反应温度为40℃，搅拌线速度为4m/s。将硫酸
钴溶液和碳酸氢铵溶液并流加入反应釜中，其中硫酸钴溶液的流量为2L/h，碳酸氢铵溶液控制反应体系pH为7.7~7.8。控制体系总进料时间为80h且粒度为8.2
±
0.2μm时停止进料，离心甩干备用；步骤S3：称取5kg步骤S2得的晶种，纯水调整初始体系的含固量为100g/L。反应温度为40℃，搅拌线转速为2m/s，搅拌桨为圆盘涡轮式搅拌，将硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液并流加入。碳酸氢铵溶液控制进料前10h内体系反应pH为7.7~7.8，后每隔2h降0.1，降至7.2~7.3并维持。进料前20h内控制硫酸钴溶液流量为1L/h，后每隔24h将硫酸钴溶液流量提升40%，当进料时间达到90h碳酸钴粒径达到约19.5μm；步骤S4：过滤、洗涤、烘干，得到大粒径碳酸钴。
[0028]从图1看，大粒径碳酸钴的二次形貌为类球形，一次颗粒为径向生长的条状结构。
[0029]实施例2：步骤S1：配制浓度为1.5mol/L的硫酸钴盐溶液以及2.5mol/L的碳酸氢铵溶液；步骤S2：以1.0mol/L的碳酸氢铵溶液为打底液，底液体积占合成槽总体积的30%，合成槽的搅拌桨为圆盘涡轮式搅拌。调整体系反应温度为45℃，搅拌线速度为5m/s。将硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液并流加入反应釜中，其中硫酸钴溶液的流量为3L/h，碳酸氢铵溶液控制反应体系pH为7.6~7.7。控制体系总进料时间为100h且粒度为9.8
±
0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大粒径球形碳酸钴的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，配制硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液；步骤S2，制备碳酸钴晶种：以碳酸氢铵溶液为反应釜底液，将硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液并流加入反应釜中，控制反应体系的pH值为7.6~7.8；在总进料时间80~100h内，控制反应浆料的粒度达到预设值，然后停止进料，离心甩干，得到晶种，备用；步骤S3，晶种生长：晶种在反应釜内加水调浆，并调节pH值为7.6~7.8；然后并流加入硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液，在反应初始的4h~10h内，调节反应体系的pH值为7.6~7.8，然后控制反应体系的pH值每隔2h~5h降低0.1，直至pH值达到7.2~7.3并维持该pH值至反应浆料的粒度达到目标值；步骤S4，过滤、洗涤、烘干，得到大粒径球形碳酸钴。2.如权利要求1所述的大粒径球形碳酸钴的合成方法，其特征在于，所述硫酸钴溶液浓度为1.0~2.0mol/L；所述碳酸氢铵溶液的浓度为2.0~3.0mol/L；所述反应釜底液中碳酸氢铵的浓度为0.5~1.0mol/L，所述反应釜底液的体积为反应釜总体积的30~60%。3.如权利要求1所述的大粒径球形碳酸钴的合成方法，其特征在于，步骤S2中，反应浆料的粒度预设值为8~10μm；步骤S3中，所述目标值为19....

【专利技术属性】
技术研发人员：苗小欢，胡志兵，张海艳，孟立君，侯鑫宇，黎力，刘宙，
申请(专利权)人：湖南长远锂科新能源有限公司湖南长远锂科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：