一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法及应用，涉及锂电池技术领域。通过络合控制结晶法获得氢氧化钴浆液，然后通过电化学腐蚀原理制得氢氧化钴。该氢氧化钴的粒径为6～20μm，具有微观裂纹结构。微观裂纹结构有利于沉淀过程包夹其中的阴离子杂质的释放，使得阴离子杂质含量达到100ppm以下。以该氢氧化钴为原料获得的钴酸锂正极材料，阻抗性能和倍率性能均得到有效改善。性能和倍率性能均得到有效改善。性能和倍率性能均得到有效改善。

【技术实现步骤摘要】
一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子材料
，且特别涉及一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢氧化钴在工业上具有广泛的应用，其是制备锂离子正极材料
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钴酸锂的重要原材料之一，也可用于制备超级电容器的电极材料。同时氢氧化钴也可以应用于加工醋酸钴、环烷酸钴等产品，或者应用于磁性材料、电子工业领域、陶瓷工艺等领域，是钴的新材料之一。
[0003]为了实现大规模生产，降低材料成本，工业上氢氧化钴合成通常以钴的硫酸盐或氯盐作为钴源在反应容器中合成氢氧化钴。采用常规工艺合成的氢氧化钴在合成过程容易形成絮状沉淀，从而形成絮状、片状或疏松的菜花状结构，这一类的氢氧化钴流动性差，加工性能较劣。一些研究通过控制氢氧化钴合成的结晶过程，可以得到球形度高、致密度和流动性好，便于加工的氢氧化钴，但氢氧化钴内部致密度提高会导致合成过程包夹的母液阴离子杂质难以去除，一方面在后续煅烧、烧结过程中容易对设备造成腐蚀，另一方面遗留在钴酸锂正极材料中影响最终锂离子电池性能的发挥。

技术实现思路

[0004]为了克服上述缺陷，本专利技术提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法和应用。
[0005]本专利技术的第一方面提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴，所述氢氧化钴的一次粒子具有微观裂纹结构，且所述氢氧化钴的阴离子杂质含量小于100ppm。
[0006]进一步地，在公开的一个实施例中，所述氢氧化钴的粒径D50为 6～20μm。
[0007]本专利技术的第二方面提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴的制备方法，包括以下步骤：
[0008]合成步骤：以钴溶液、沉淀剂和络合剂为原料，通过络合控制结晶法获得氢氧化钴浆液；
[0009]腐蚀步骤：在所述氢氧化钴浆液中通入氧化剂，调节pH值和反应温度，进行电化学吸氧反应，控制所述氢氧化钴浆液中的亚钴离子达到预设氧化率后，停止通入氧化剂并阻断电化学吸氧反应，得到腐蚀浆液；
[0010]成型步骤：对所述腐蚀浆液进行洗涤、分离、干燥，得到所述氢氧化钴，所述氢氧化钴的一次粒子具有微观裂纹结构。
[0011]进一步地，在公开的一个实施例中，所述腐蚀步骤中，亚钴离子的预设氧化率为25％～88％，所述氧化率为所述腐蚀浆液中三价钴离子含量与所有钴离子含量比值。
[0012]进一步地，在公开的一个实施例中，所述腐蚀步骤中，所述氧化剂选自空气、纯氧和双氧水中的一种或多种。
[0013]进一步地，在公开的一个实施例中，所述腐蚀步骤中，通过加入碱液调节所述氢氧化钴浆液的碱度达到0.1～5mol/L。
[0014]进一步地，在公开的一个实施例中，所述腐蚀步骤中，反应过程中进行持续搅拌，搅拌速度为100～600rpm。
[0015]进一步地，在公开的一个实施例中，所述合成步骤包括：在搅拌状态下，加入沉淀剂溶液和络合剂溶液至混合溶液的pH达到10～12后，加入钴溶液，并连续加入沉淀剂溶液，维持反应过程的pH为10～12。
[0016]进一步地，在公开的一个实施例中，所述合成步骤的反应时间为 60～300h，反应温度为35～70℃，搅拌速度为100～600rpm。
[0017]本专利技术的第三方面提供一种钴酸锂活性材料，根据如上所述的制备方法获得氢氧化钴，将所述氢氧化钴和锂源混合后，烧结得到所述钴酸锂活性材料。
[0018]进一步地，在公开的一个实施例中，所述钴酸锂活性材料制得的锂离子电池在5V、10％SOC条件下的直流内阻小于10Ω。
[0019]进一步地，在公开的一个实施例中，所述钴酸锂活性材料制得的锂离子电池在4.5V、60℃条件下的浮充电流突破0.1A的时间大于230h。
[0020]本专利技术的第三方面提供一种锂离子电池或电容器，包括如上所述的钴酸锂活性材料。
[0021]本专利技术实施例的具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法及应用的有益效果是：
[0022]通过络合控制结晶法得到氢氧化钴浆液，能够有效改善氢氧化钴的球形度、致密度和流动性，极大提升了氢氧化钴的加工性能。然后通过电化学腐蚀的方式对氢氧化钴浆液进行腐蚀，能够在氢氧化钴一次粒子上形成微观裂纹结构，便于沉淀过程包夹其中的阴离子杂质释放，有效减低了阴离子杂质的含量。本专利技术实施例获得的氢氧化钴的阴离子杂质含量低于 100ppm，以该氢氧化钴为前驱体获得的钴酸锂，具有更低的阻抗值，倍率放电能力更强。且该氢氧化钴的制备过程简单，各项参数易于控制，适用于工业化大规模生产。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024]图1为实施例1的氢氧化钴粒子剖面的内部特征SEM图；
[0025]图2为图1的局部放大图；
[0026]图3为实施例2的氢氧化钴粒子剖面的内部特征SEM图；
[0027]图4为实施例3的氢氧化钴粒子剖面的内部特征SEM图；
[0028]图5为实施例4的氢氧化钴粒子剖面的内部特征SEM图；
[0029]图6为对比例1的氢氧化钴粒子剖面的内部特征SEM图；
[0030]图7为图5的局部放大图；
[0031]图8为对比例2的氢氧化钴粒子剖面的内部特征SEM图；
[0032]图9为实施例1和对比例1获得的LCO产物的高温浮充对比图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0034]下面对本专利技术实施例的具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法和应用进行具体说明。
[0035]本专利技术实施例提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴，该氢氧化钴的一次粒子具有微观裂纹结构，且该氢氧化钴的阴离子杂质含量小于 100ppm。该氢氧化钴的粒径D50为6～20μm。
[0036]本专利技术实施例还一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴的制备方法，包括以下步骤：
[0037]S1，合成步骤：以钴溶液、沉淀剂和络合剂为原料，通过络合控制结晶法获得氢氧化钴浆液；
[0038]S2，腐蚀步骤：在所述氢氧化钴浆液中通入氧化剂，调节pH值和反应温度，进行电化学吸氧反应，控制所述氢氧化钴浆液中的亚钴离子达到预设氧化率后，停止通入氧化剂并阻断电化学吸氧反应，得到腐蚀浆液；
[0039]S3，成型步骤：对所述腐蚀浆液进行洗涤、分离、干燥，得到所述氢氧化钴，所述氢氧化钴的一次粒子具有微观裂纹结构。
[0040]具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴，其特征在于，所述氢氧化钴的一次粒子的具有微观裂纹结构，且所述氢氧化钴的阴离子杂质含量小于100ppm。2.根据权利要求1所述的具有微观裂纹结构的氢氧化钴，其特征在于，所述氢氧化钴的粒径D50为6～20μm。3.一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：合成步骤：以钴溶液、沉淀剂和络合剂为原料，通过络合控制结晶法获得氢氧化钴浆液；腐蚀步骤：在所述氢氧化钴浆液中通入氧化剂，调节pH值和反应温度，进行电化学吸氧反应，控制所述氢氧化钴浆液中的亚钴离子达到预设氧化率后，停止通入氧化剂并阻断电化学吸氧反应，得到腐蚀浆液；成型步骤：对所述腐蚀浆液进行洗涤、分离、干燥，得到所述氢氧化钴，所述氢氧化钴的一次粒子具有微观裂纹结构。4.根据权利要求3所述的具有微观裂纹结构的氢氧化钴的制备方法，其特征在于，所述腐蚀步骤中，亚钴离子的预设氧化率为25％～88％，所述氧化率为所述腐蚀浆液中三价钴离子含量与所有钴离子含量比值。5.根据权利要求3所述的具有微观裂纹结构的氢氧化钴的制备方法，其特征在于，所述腐蚀步骤中，所述氧化剂选自空气、纯氧和双氧水中的一种或多种。6.根据权利要求3所述的具有微观裂纹结构的氢氧化钴的制备方法，其特征在于，所述腐蚀步骤中，通过加入碱液调节所述氢氧化钴浆液的碱度达到0.1～5mol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹威，马跃飞，曾雷英，肖礼晨，
申请(专利权)人：厦门厦钨新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：