一种多孔隙球形钴氧化物颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔隙球形钴氧化物颗粒及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)将钴盐溶液、硫脲及尿素混合，形成混合液；(2)将步骤(1)的混合液加热并在有氧气氛下进行反应；(3)固液分离，将所得固体产物在有氧气氛下进行焙烧，得到焙烧料；(4)将步骤(3)得到的焙烧料进行洗涤，干燥，即得多孔隙球形钴氧化物颗粒。该制备方法制备得到的钴氧化物颗粒具有较大的比表面积，能显著提升电池的比容量。能显著提升电池的比容量。能显著提升电池的比容量。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔隙球形钴氧化物颗粒及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池正极材料
，特别涉及一种多孔隙球形钴氧化物颗粒及其制备方法。

技术介绍

[0002]钴酸锂电极材料具有较高的比容量和良好的循环稳定性能，是目前广泛应用于3C领域的正极材料，随着3C电子产品的快速发展，制造厂商不断对钴酸锂正极材料的加工性能和电化学性能提出更高的要求。钴酸锂作为最早实现商业化的锂离子电池正极材料，在实际应用中它目前仍然是压实密度最高的正极材料之一。
[0003]四氧化三钴作为制备锂离子电池正极材料钴酸锂的重要原料，其物理化学性能对正极材料钴酸锂以及电池的性能将产生较大的影响，电池级四氧化三钴除要求具备较高的纯度和振实密度外，其形貌、粒度分布还有一定的要求。现有的四氧化三钴的制备方法制备得到的四氧化三钴的比表面积较小，影响正极材料的快速充放电性能，此外现有的四氧化三钴制备得到的电池比容量较小，不能满足越来越高的电池行业要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决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多孔隙球形钴氧化物颗粒及其制备方法，该制备方法制备得到的钴氧化物颗粒具有较大的比表面积，能显著提升电池的比容量。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种多孔隙球形钴氧化物颗粒的制备方法，包括如下步骤：(1)将钴盐溶液、硫脲及尿素混合，形成混合液；(2)将步骤(1)的混合液加热并在有氧气氛下进行反应；(3)固液分离，将所得固体产物在有氧气氛下进行焙烧，得到焙烧料；(4)将步骤(3)得到的焙烧料进行洗涤，干燥，即得多孔隙球形钴氧化物颗粒。
[0007]优选的，步骤(1)中钴盐溶液中的钴盐为硫酸钴、氯化钴、硝酸钴中的至少一种。
[0008]优选的，步骤(1)中钴盐溶液浓度为0.05
‑
1.0mol/L。
[0009]优选的，步骤(1)的混合液中硫脲的浓度为0.05
‑
1.0mol/L。
[0010]优选的，步骤(1)的混合液中尿素的浓度为0.2
‑
2.5mol/L。
[0011]优选的，步骤(2)中加热后的反应温度为160
‑
180℃，并维持反应温度8
‑
12h。
[0012]优选的，步骤(2)中有氧气氛的压力为0.1
‑
1.0MPa。
[0013]优选的，步骤(3)中焙烧的温度为500
‑
750℃，焙烧的时间为2
‑
6h。
[0014]优选的，步骤(4)中洗涤的方法为先用乙醇洗涤，再用纯水洗涤。
[0015]优选的，步骤(4)中干燥的温度为80
‑
120℃，干燥时间为2
‑
4h。
[0016]优选的，一种多孔隙球形钴氧化物颗粒的制备方法，包括如下步骤：
[0017](1)配制浓度为0.05
‑
1.0mol/L的钴盐溶液，钴盐为硫酸钴、氯化钴、硝酸钴中的至少一种；
[0018](2)将步骤(1)中的钴盐溶液加入到高压反应釜中，加入量为反应釜体积的3/5
‑
4/5；
[0019](3)向反应釜中加入硫脲、尿素，使硫脲的浓度达到0.05
‑
1.0mol/L，尿素浓度为0.2
‑
2.5mol/L；
[0020](4)向反应釜内通入空气，并控制反应釜内空气压力为0.1
‑
1.0MPa；
[0021](5)将反应釜加热至160
‑
180℃，维持反应温度8
‑
12h；
[0022](6)反应结束后，固液分离，将所得固体产物经烘干后，在空气或氧气气氛下，焙烧2
‑
6h，焙烧温度500
‑
750℃，得到焙烧料；
[0023](7)焙烧料先用乙醇洗涤，再用纯水洗涤，然后在80
‑
120℃下干燥2
‑
4h，即得多孔隙球形钴氧化物颗粒。
[0024]一种多孔隙球形钴氧化物颗粒，由如上所述的制备方法制备得到。
[0025]一种钴酸锂正极材料，由碳酸锂与上述的多孔隙球形钴氧化物颗粒配料后烧结得到。
[0026]一种电池，包括如上所述的钴酸锂正极材料。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术多孔隙球形钴氧化物颗粒的制备方法以钴盐、尿素、硫脲的混合液在反应釜中进行水热反应，并在反应过程中施以一定压力的空气，得到掺杂硫的含钴颗粒，再经焙烧、水洗除硫后，得到钴氧化物(四氧化三钴与三氧化二钴的混合物)。其反应方程式如下：
[0029]水热反应时：
[0030]CO(NH2)2+H2O
→
2NH3+CO2[0031]CS(NH2)2+2H2O
→
2NH3+CO2+H2S
[0032]NH3·
H2O
→
NH
4+
+OH
‑
[0033]CO2+H2O
→
CO
32
‑
+2H
+
[0034]Co
2+
+S2‑
→
CoS
[0035]4CoS+O2+2H2O
→
4CoSOH
[0036]Co
2+
+(1
‑
0.5y)CO
32
‑
+yOH
‑
→
Co(OH)
y
(CO3)1‑
0.5y
[0037]6Co(OH)
y
(CO3)1‑
0.5y
+O2→
2Co3O4+3yH2O+(6
‑
3y)CO2[0038]焙烧反应时：
[0039]2CoSOH+3O2→
Co2O3+H2O+2SO2[0040]在整个水热反应过程中，利用硫脲分解产生硫离子，在硫离子的诱导下，生成的钴沉淀物能够更好的结晶，一方面，避免直接加入硫离子导致沉淀过快，产生非球形的废料；另一方面，硫离子的加入替代了晶格中的氧原子，在后续进一步焙烧水洗除硫时产生原子空位，在用于钴酸锂正极材料时能够容纳更多的锂，提高材料的比容量。
[0041]通过水热过程中空气的加入，以及反应温度的提高，可直接对钴进行氧化，得到水热合成的四氧化三钴颗粒；同时，进一步使硫化钴沉淀氧化为羟基硫化钴，焙烧时，生成三氧化二钴颗粒，适当的提高三价钴含量，能进一步减少后续钴锂烧结时的阳离子混排，提高材料的循环性能。
[0042]最后得到的钴氧化物颗粒为多孔的球形，具有较高的比表面积，利于制备的钴酸锂材料在充放电过程中锂离子的脱嵌，保证最终制得的电池具有较好的快速充放电性能。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔隙球形钴氧化物颗粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将钴盐溶液、硫脲及尿素混合，形成混合液；(2)将步骤(1)的混合液加热并在有氧气氛下进行反应；(3)固液分离，将所得固体产物在有氧气氛下进行焙烧，得到焙烧料；(4)将步骤(3)得到的焙烧料进行洗涤，干燥，即得多孔隙球形钴氧化物颗粒。2.根据权利要求1所述的一种多孔隙球形钴氧化物颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)中钴盐溶液中的钴盐为硫酸钴、氯化钴、硝酸钴中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种多孔隙球形钴氧化物颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)中钴盐溶液浓度为0.05
‑
1.0mol/L。4.根据权利要求1所述的一种多孔隙球形钴氧化物颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)的混合液中硫脲的浓度为0.05
‑
1.0mol/L。5.根据权利要求1所述的一种多孔隙球形钴氧化物颗粒的制备方法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，谢英豪，李爱霞，张学梅，李长东，
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：