一种多孔掺铝氢氧化钴及其制备方法技术

一种多孔掺铝氢氧化钴及其制备方法，所述多孔掺铝氢氧化钴呈二次颗粒形貌，所述二次颗粒由一次颗粒组成，二次颗粒的中心剖面中，内部孔隙的面积与二次颗粒中心剖面的面积之间的比值为30～40％，晶体结构经XRD表征，006峰与101峰的半峰宽比值为1.00～1.20。本发明专利技术中的氢氧化钴材料，控制006峰与101峰的半峰宽比值在1.00～1.20之间有利于得到中心剖面为“树枝”状结构，保证材料机械强度的同时，提高了材料疏松多孔的性质，具有优异的容量性能，内部孔隙较大，可以提供广阔的锂离子扩散通道，利于锂离子迁移，同时晶粒尺寸小，缩短了锂离子的传输路径，从而提高电化学性能。从而提高电化学性能。从而提高电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔掺铝氢氧化钴及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池前驱体
，尤其涉及一种掺铝氢氧化钴及其制备方法。

技术介绍

[0002]手机、笔记本电脑和无人机等3C市场的快速发展对LCO的能量密度提出了更高要求。提高充电截止电压能有效的提高能量密度。Al
+3
半径与Co
+3
相近，键能更强，能明显增强LCO的晶格稳定性，从而提升高电压循环性能。现在主流的碳酸钴体系掺Al作为LCO前驱体的材料，存在Al元素在LCO中分布不均匀的问题，导致循环性能下降。采用氢氧化钴体系，能够实现Co、Al共沉淀，但存在形貌和粒度难控制，在反应后期易爆核粒度难以长大且得到的产品均匀性差的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种多孔掺铝氢氧化钴及其制备方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0005]一种多孔掺铝氢氧化钴，所述多孔掺铝氢氧化钴呈二次颗粒形貌，所述二次颗粒由一次颗粒组成，二次颗粒的中心剖面中，内部孔隙的面积与二次颗粒中心剖面的面积之间的比值为30～40％，晶体结构经XRD表征，006峰与101峰的半峰宽比值为1.00～1.20。
[0006]上述内部孔隙的面积与二次颗粒中心剖面的面积之比可通过各种图像处理软件得到，本专利技术提供的一种具体的测试方法为：将单个颗粒中心剖面图片导入ImageJ软件中，将内部孔隙的面积记录为S1，将整个颗粒的面积(包括孔隙面积)记录为S2，内部孔隙的面积与二次颗粒中心剖面的面积之比为：S1/S2
×
100％，随机测量5～10个颗粒取平均值。
[0007]进一步的，所述二次颗粒的中心剖面呈纵横交错的“树枝”状结构，且所述“树枝”状结构包括宽度为0.1～0.3μm的主枝干以及宽度为0～0.1μm的副枝干，所述副枝干间隔地生长在主枝干上并形成“树枝”状结构。
[0008]具有上述特征的多孔掺铝氢氧化钴，不仅有利于控制得到较小晶粒尺寸的掺铝氢氧化钴，缩短锂离子传输路径，加快传输效率，而且由于内部孔隙较大，可以提供广阔的锂离子通道，从传输路径和离子通道两方面提升了电化学性能。本专利技术中具有独特形貌的多孔掺铝氢氧化钴材料，不仅有利于电性能的发挥，还能保障良好的耐压强度。当006峰与101峰的半峰宽不在1.00～1.20范围内，无法得到本专利技术中材料所示的内部结构，耐压强度也就无法达到要求。当内部孔隙面积与二次颗粒中心剖面面积的比值大于40％时，难以维持其稳定的耐压强度，因此需要本领域技术人员注意的是，为了较好的实施本专利技术，内部孔隙面积与二次颗粒中心剖面面积之比应控制为30％～40％之间。
[0009]进一步的，所述多孔掺铝氢氧化钴中铝的掺杂量为1000～10000ppm。
[0010]进一步的，所述多孔掺铝氢氧化钴的粒径分布Span值为0.3～0.6。
[0011]在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种多孔掺铝氢氧化钴的制备方法，包括以
下步骤：
[0012]S1、将铝盐配置成偏铝酸钠溶液，将辅助络合剂加入钴盐溶液中配制成混合溶液A；
[0013]S2、向反应釜通入氨水溶液和辅助络合剂作为底液，用氢氧化钠溶液调节pH值为12.0～13.0，升温至40～60℃，在搅拌转速500～600rpm下将混合溶液A、辅助络合剂、氨水溶液、氢氧化钠溶液通入反应釜中发生共沉淀反应，加料过程控制反应溶液pH值在12.0～13.0范围内，氨值控制在10～16g/L范围内，且反应过程中通入氮气保护，生长到粒径为16～20μm，得到氢氧化钴浆料；
[0014]S3、将所述氢氧化钴浆料脱水、洗涤、干燥后即得多孔掺铝氢氧化钴。
[0015]进一步的，所述偏铝酸钠溶液的浓度为2～10g/L。
[0016]进一步的，所述的辅助络合剂为：乙二胺四乙酸、酒石酸、柠檬酸、磺基水杨酸、甘氨酸、异丙醇、谷氨酸、磺酸钠、苹果酸或乙醇胺的一种或多种，且S1中辅助络合剂加入量与钴盐溶液中钴金属的摩尔比为5％～15％。
[0017]进一步的，所述钴盐溶液为氯化钴、硫酸钴或硝酸钴中的一种或几种的可溶性金属盐溶液，浓度为100～120g/L。
[0018]进一步的，所述氢氧化钠溶液的浓度为160～430g/L,氨水溶液的浓度为100～140g/L
[0019]进一步的，步骤S3中，洗涤采用碳酸盐溶液，干燥温度为60～110℃，干燥时间为2～18h，优选为碳酸钠溶液。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0021](1)本专利技术中的氢氧化钴材料，通过双络合剂调节，控制006峰与101峰的半峰宽比值在1.00～1.20之间有利于得到中心剖面为“树枝”状结构，保证材料机械强度的同时，提高了材料疏松多孔的性质，具有优异的容量性能，内部孔隙较大，可以提供广阔的锂离子扩散通道，利于锂离子迁移，同时晶粒尺寸小，缩短了锂离子的传输路径，从而提高电化学性能。
[0022](2)本专利技术中氢氧化钴材料的制备方法，通过底液添加辅助络合剂降低体系过饱和度，控制造核粒度以及生长速度能够实现粒径可在16～20μm之间调节，颗粒大小均匀分布窄的特点，通过双络合剂的加入，首先，能够降低Al
3+
的沉淀速率，达到Co、Al共沉淀；其次，降低反应体系内金属盐溶液过饱和度，解决了反应后期易爆核粒度难以长大且得到的产品均匀性差的问题；最后，通过双络合剂对材料的晶体生长和内部结构进行调控，改善了多孔掺铝氢氧化钴的耐压强度。
[0023](3)本专利技术中氢氧化钴材料的制备方法，通过双络合剂的加入以及生长pH的控制可解决氢氧化钴中颗粒形貌片状生长，控制颗粒生长形貌，得到的产品具有球形度好Al分布均匀的特点。
[0024](4)本专利技术中氢氧化钴材料的制备方法的洗涤采用碳酸钠溶液，相比于传统的水洗，可以更有效去除杂质S，得到高品质的氢氧化钴材料。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例1所得多孔掺铝氢氧化钴放大20000倍的SEM图。
[0027]图2为本专利技术实施例1所得多孔掺铝氢氧化钴放大10000倍的SEM图。
[0028]图3为本专利技术实施例1所得多孔掺铝氢氧化钴放大1000倍的SEM图。
[0029]图4为本专利技术实施例2中Al元素在多孔掺铝氢氧化钴的切面EPMA图。
[0030]图5为本专利技术实施例2中多孔掺铝掺铝氢氧化钴的中心剖面图。
[0031]图6为本专利技术对比例1中掺铝氢氧化钴放大5000倍的SEM图。
具体实施方式
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔掺铝氢氧化钴，其特征在于：所述多孔掺铝氢氧化钴呈二次颗粒形貌，所述二次颗粒由一次颗粒组成，二次颗粒的中心剖面中内部孔隙的面积与二次颗粒中心剖面的面积之间的比值为30～40％，晶体结构经XRD表征，006峰与101峰的半峰宽比值为1.00～1.20。2.根据权利要求1所述的多孔掺铝氢氧化钴，其特征在于：所述二次颗粒的中心剖面呈纵横交错的“树枝”状结构，所述“树枝”状结构包括宽度为0.1～0.3μm的主枝干以及宽度为0～0.1μm的副枝干，所述副枝干间隔地生长在主枝干上并形成“树枝”状结构。3.根据权利要求1所述的一种多孔掺铝氢氧化钴，其特征在于：所述多孔掺铝氢氧化钴中铝的掺杂量为1000～10000ppm。4.根据权利要求1所述的一种多孔掺铝氢氧化钴，其特征在于：所述多孔掺铝氢氧化钴的粒径分布Span值为0.3～0.6。5.一种权利要求1
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4任一项所述的多孔掺铝氢氧化钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将铝盐配置成偏铝酸钠溶液，将辅助络合剂加入钴盐溶液中配制成混合溶液A；S2、向反应釜通入氨水溶液和辅助络合剂作为底液，用氢氧化钠溶液调节pH值为12.0～13.0，升温至40～60℃，在搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝涛，李旭，胡进，
申请(专利权)人：巴斯夫杉杉电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：