掺铝碳酸钴、掺铝四氧化三钴、制备方法、正极材料、锂离子电池技术

本申请提供掺铝碳酸钴、掺铝四氧化三钴、制备方法、正极材料、锂离子电池，涉及新能源技术领域。该掺铝碳酸钴包括掺铝碳酸钴内核、掺铝碳酸钴中间层和掺铝碳酸钴外层，掺铝碳酸钴内核和掺铝碳酸钴外层的振实密度、松装密度及孔隙率的差异更小，材料在后续烧结为四氧化三钴的制备过程中更稳定。本申请的掺铝碳酸钴的中间层孔隙多，呈疏松结构，在四氧化三钴烧结过程中，可作为掺铝碳酸钴内核和掺铝碳酸钴外层的缓冲层，可减少烧结成四氧化三钴的过程中出现内外应力不均衡造成球体开裂的情况。出现内外应力不均衡造成球体开裂的情况。出现内外应力不均衡造成球体开裂的情况。

【技术实现步骤摘要】
掺铝碳酸钴、掺铝四氧化三钴、制备方法、正极材料、锂离子电池


[0001]本申请涉及新能源
，尤其涉及掺铝碳酸钴、掺铝四氧化三钴、制备方法、正极材料、锂离子电池。

技术介绍

[0002]数码3C设备目前常采用锂电池作为其动力源，充电电压和容量是锂电池的重要指标，钴酸锂作为正极材料的锂电池的应用越来越广泛，如何提升钴酸锂材料锂电池的工作电压和容量，成为了各正极材料厂面临的巨大挑战之一。
[0003]碳酸钴通过烧结可制备得到四氧化三钴。四氧化三钴作为钴酸锂的前驱体，其性能直接影响到钴酸锂性能。现有技术中，为提升钴酸锂的容量，常采用掺杂铝元素的方式，铝含量越高，其容量的提升越大，但与之相应的，铝元素容易出现富集，导致分布不均，影响容量；其次，在制备掺铝碳酸钴的过程中，采用传统包覆的方式会形成多个界面，界面两侧的碳酸钴致密度不一致，会导致碳酸钴在烧结成四氧化三钴时发生开裂，进而影响电池的化学性能。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供掺铝碳酸钴和掺铝四氧化三钴，旨在解决现有碳酸钴在烧结成四氧化三钴时发生开裂，影响电池化学性能的问题。
[0005]为实现以上目的，本申请提供一种掺铝四氧化三钴，掺铝四氧化三钴为核壳结构，包括：
[0006]掺铝四氧化三钴内核，掺铝四氧化三钴内核孔隙率为3％～7％；
[0007]掺铝四氧化三钴中间层，掺铝四氧化三钴中间层包裹掺铝四氧化三钴内核，掺铝四氧化三钴中间层的孔隙率为15％～25％；
[0008]掺铝四氧化三钴外层，掺铝四氧化三钴外层包裹掺铝四氧化三钴中间层，掺铝四氧化三钴外层的孔隙率为10％～20％；
[0009]其中，掺铝四氧化三钴掺铝四氧化三钴的整体孔隙率为10％～20％。
[0010]优选地，掺铝四氧化三钴满足如下E～J特征中的至少一个：
[0011]E.掺铝四氧化三钴中的掺铝量为0.5％～0.8％；
[0012]F.掺铝四氧化三钴的粒径D50为15.0～20.0μm；
[0013]G.掺铝四氧化三钴的整体振实密度为2.5～3.0g/cm3；
[0014]H.掺铝四氧化三钴的整体松装密度为1.3～1.5g/cm3；
[0015]I.掺铝四氧化三钴的比表面积为1.0～3.5m2/g；
[0016]J.掺铝四氧化三钴的XRD图谱中的100面半峰宽为0.18
‑
0.19。
[0017]优选地，掺铝四氧化三钴内核包括如下特征a～b中的至少一个：
[0018]a.掺铝四氧化三钴内核的直径为8～12μm；
[0019]b.掺铝四氧化三钴内核的一次颗粒形状为块状，掺铝四氧化三钴内核的块状一次颗粒呈无序排布；
[0020]掺铝四氧化三钴中间层包括如下特征c～d中的至少一个：
[0021]c.掺铝四氧化三钴中间层包裹掺铝四氧化三钴内核的厚度为1～3μm；
[0022]d.掺铝四氧化三钴中间层的一次颗粒形状为条状，掺铝四氧化三钴中间层的条状一次颗粒无序排布；
[0023]掺铝四氧化三钴外层包括如下特征e～f中的至少一个：
[0024]e.掺铝四氧化三钴外层包裹掺铝四氧化三钴中间层的厚度为1～5μm；
[0025]f.掺铝四氧化三钴外层的一次颗粒形状为条状，掺铝四氧化三钴外层的条状一次颗粒内向外呈放射状排布。
[0026]本申请还提供一种掺铝碳酸钴，掺铝碳酸钴为核壳结构，包括：
[0027]掺铝碳酸钴内核，掺铝碳酸钴内核孔隙率为1％～5％；
[0028]掺铝碳酸钴中间层，掺铝碳酸钴中间层包裹掺铝碳酸钴内核，掺铝碳酸钴中间层的孔隙率为3％～8％；
[0029]掺铝碳酸钴外层，掺铝碳酸钴外层包裹掺铝碳酸钴中间层，掺铝碳酸钴外层的孔隙率为1％～5％；
[0030]其中，掺铝碳酸钴的整体孔隙率为2％～5％。
[0031]优选地，掺铝碳酸钴满足如下A～D特征中的至少一个：
[0032]A.掺铝碳酸钴中的掺铝量为0.3％～0.6％；
[0033]B.掺铝碳酸钴的粒径D50为19.0～26.0μm；
[0034]C.掺铝碳酸钴的整体振实密度为2.0～2.5g/cm3；
[0035]D.掺铝碳酸钴的整体松装密度为1.5～2.0g/cm3。
[0036]优选地，掺铝碳酸钴的内核包括如下特征(1)～(4)中的至少一个：
[0037](1)掺铝碳酸钴内核的直径为14～16μm；
[0038](2)掺铝碳酸钴内核的一次颗粒形状为块状，掺铝碳酸钴内核的块状一次颗粒呈无序排布；
[0039](3)掺铝碳酸钴内核的振实密度为2.0
‑
2.3g/cm3；
[0040](4)掺铝碳酸钴内核的松装密度为1.4
‑
1.9g/cm3；
[0041]掺铝碳酸钴中间层包括如下特征(5)～(6)中的至少一个：
[0042](5)掺铝碳酸钴中间层包裹掺铝碳酸钴内核的厚度为1～3μm；
[0043](6)掺铝碳酸钴中间层的一次颗粒形状为条状，掺铝碳酸钴中间层的条状一次颗粒无序排布；
[0044]掺铝碳酸钴外层包括如下特征(7)～(8)中的至少一个：
[0045](7)掺铝碳酸钴外层包裹掺铝碳酸钴中间层的厚度为2～6μm；
[0046](8)掺铝碳酸钴外层的一次颗粒形状为条状，掺铝碳酸钴外层的条状一次颗粒内向外呈放射状排布。
[0047]本申请还提供一种如上述的掺铝碳酸钴的制备方法，包括：
[0048]制备晶种：在加入有第一底液的第一反应釜中通入钴铝溶液和碳酸氢铵溶液，反应生长得到目标粒径D50为14～16μm的晶种；
[0049]晶种生长：在加入有晶种和第二底液的第二反应釜中通入钴铝溶液和碳酸氢铵溶液进行第一次生长，第一次生长完成后，调整钴铝溶液和碳酸氢铵溶液的流量为制备晶种过程的流量，进行第二次生长，得到目标粒径D50为19～26μm的碳酸钴颗粒。
[0050]优选地，掺铝碳酸钴的制备方法包括如下特征I～VII中的至少一个：
[0051]I.第一底液中的碳酸氢铵浓度在40
‑
70g/L、初始pH值在7.8
‑
8.5之间；
[0052]II.钴铝溶液中钴浓度在110
‑
130g/L、铝浓度在0.4
‑
1.2g/L；
[0053]III.通入第一反应釜中的钴铝溶液的流量为2.2
‑
7.2％/h、碳酸氢铵溶液的流量为6.6
‑
20.0％/h；
[0054]IV.第一反应釜内的反应过程的pH在7.2
±
0.2之间；
[0055]V.第二底液中的碳酸氢铵浓度在20
‑
40g/L、初始pH值在7.5
‑
8.0之间；
[0056]VI.第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺铝四氧化三钴，其特征在于，所述掺铝四氧化三钴为核壳结构，包括：掺铝四氧化三钴内核，所述掺铝四氧化三钴内核孔隙率为3％～7％；掺铝四氧化三钴中间层，所述掺铝四氧化三钴中间层包裹所述掺铝四氧化三钴内核，所述掺铝四氧化三钴中间层的孔隙率为15％～25％；掺铝四氧化三钴外层，所述掺铝四氧化三钴外层包裹所述掺铝四氧化三钴中间层，所述掺铝四氧化三钴外层的孔隙率为10％～20％；其中，所述掺铝四氧化三钴的整体孔隙率为10％～20％。2.根据权利要求1所述的掺铝四氧化三钴，其特征在于，所述掺铝四氧化三钴满足如下E～J特征中的至少一个：E.所述掺铝四氧化三钴中的掺铝量为0.5％～0.8％；F.所述掺铝四氧化三钴的粒径D50为15.0～20.0μm；G.所述掺铝四氧化三钴的整体振实密度为2.5～3.0g/cm3；H.所述掺铝四氧化三钴的整体松装密度为1.3～1.5g/cm3；I.所述掺铝四氧化三钴的比表面积为1.0～3.5m2/g；J.所述掺铝四氧化三钴的XRD图谱中的100面半峰宽为0.18
‑
0.19。3.根据权利要求1或2所述的掺铝四氧化三钴，其特征在于，所述掺铝四氧化三钴内核包括如下特征a～b中的至少一个：a.所述掺铝四氧化三钴内核的直径为8～12μm；b.所述掺铝四氧化三钴内核的一次颗粒形状为块状，所述掺铝四氧化三钴内核的块状一次颗粒呈无序排布；所述掺铝四氧化三钴中间层包括如下特征c～d中的至少一个：c.所述掺铝四氧化三钴中间层包裹所述掺铝四氧化三钴内核的厚度为1～3μm；d.所述掺铝四氧化三钴中间层的一次颗粒形状为条状，所述掺铝四氧化三钴中间层的条状一次颗粒无序排布；所述掺铝四氧化三钴外层包括如下特征e～f中的至少一个：e.所述掺铝四氧化三钴外层包裹所述掺铝四氧化三钴中间层的厚度为1～5μm；f.所述掺铝四氧化三钴外层的一次颗粒形状为条状，所述掺铝四氧化三钴外层的条状一次颗粒内向外呈放射状排布。4.一种掺铝碳酸钴，其特征在于，所述掺铝碳酸钴为核壳结构，包括：掺铝碳酸钴内核，所述掺铝碳酸钴内核孔隙率为1％～5％；掺铝碳酸钴中间层，所述掺铝碳酸钴中间层包裹所述掺铝碳酸钴内核，所述掺铝碳酸钴中间层的孔隙率为3％～8％；掺铝碳酸钴外层，所述掺铝碳酸钴外层包裹所述掺铝碳酸钴中间层，所述掺铝碳酸钴外层的孔隙率为1％～5％；其中，所述掺铝碳酸钴的整体孔隙率为2％～5％。5.根据权利要求4所述的掺铝碳酸钴，其特征在于，所述掺铝碳酸钴满足如下A～D特征中的至少一个：A.所述掺铝碳酸钴中的掺铝量为0.3％～0.6％；B.所述掺铝碳酸钴的粒径D50为19.0～26.0μm；
C.所述掺铝碳酸钴的整体振实密度为2.0～2.5g/cm3；D.所述掺铝碳酸钴的整体松装密度为1.5～2.0g/cm3。6.根据权利要求4或5所述的掺铝碳酸钴，其特征在于，所述内核包括如下特征(1)～(4)中的至少一个：(1)所述掺铝碳酸钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹洁，黄宇，宋聪，任永志，纪方力，訚硕，
申请(专利权)人：湖南中伟新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：