【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及锂离子电池，特别涉及一种改性纳米四氧化三钴的制备方法。
技术介绍
1、层状高镍正极材料具有高容量，低成本等优势，在锂离子电池正极材料中应用广泛，但镍含量提高，会导致材料在微观结构上，部分镍离子处于锂离子的位置上，导致锂离子不能完全嵌入到材料晶格结构中，造成锂镍混排的加重。同时当镍含量大于80％后，表面的镍极易与空气中的水分和二氧化碳反应，在材料表面生成碳酸锂，氢氧化锂等残锂化合物，会造成正极材料浆料凝胶化、电化学性能衰退、气体释放等负面影响。为了去除表面残锂化合物，相比水洗工艺，通过表面包覆改性的方法是有效手段。其中在高镍正极材料表面包覆纳米四氧化三钴能够有效去除残锂的同时在材料表面形成licoo2相，降低表面linio2相含量，可以提高材料电化学性能。
2、纳米四氧化三钴通常由纳米氢氧化钴烧结而成，一是纳米氢氧化钴粒子很细小，在进行固液分离时难以完全压干水分；二是分离后，如果滤饼含水率较低，则呈现非牛顿流体的性质，导致其无法通过机械挤压进行物料输送，存在进料困难的问题，制约了工业化连续生产；如果滤饼含水率较高，会增加干燥工序的能耗。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的在于，提供一种改性纳米四氧化三钴的制备方法。在纳米四氧化三钴合成过程中，对纳米氢氧化钴浆料采用先压干，再干燥的方法，降低生产过程能耗，提高生产效率；此外，在纳米氢氧化钴浆料氧化时，同时对其解聚改性，简化了生产工艺，进一步降低能耗。
2、一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，包
3、配置钴盐溶液、碱溶液、烧结助剂；
4、向反应釜中通入惰性气体，置换其中空气，使反应在惰性气氛中进行，加入所述钴盐溶液和所述碱溶液混合反应，得到纳米氢氧化钴浆料，含水率85～90wt％；
5、压滤所述纳米氢氧化钴浆料，得到压干纳米氢氧化钴浆料，含水率60～70wt％；
6、干燥所述压干纳米氢氧化钴浆料，得到干燥纳米氢氧化钴浆料，含水率小于10wt％；
7、将所述干燥纳米氢氧化钴浆料氧化、粉碎，与所述烧结助剂混合改性，得到改性纳米四氧化三钴。
8、本专利技术通过向反应釜中通入惰性气体，确保反应在惰性气氛下进行，避免在合成纳米氢氧化钴浆料时被空气氧化；实验发现，纳米氢氧化钴浆料在含水率为60～70wt％时，仍能保持流体性质，因此本专利技术通过压滤，干燥两步梯度降低纳米氢氧化钴浆料的含水率；通过压滤除去部分游离水，控制含水率为60～70wt％，此含水率的浆料既可减少后续干燥步骤能耗，还能使得浆料保持流体性质，便于输送到后续干燥设备中；通过干燥进一步除去游离水，使含水率降至10wt％以下，便于后续氧化、粉碎、改性；烧结助剂作为催化剂，可以降低烧结温度，减少能耗。本专利技术的改性纳米四氧化三钴的制备方法，可以提高生产效率，同时降低生产能耗。
9、在一实施例中，本专利技术所述钴盐溶液是氯化钴、硫酸钴、硝酸钴中的一种或多种，浓度为1.5～2.5mol/l。钴盐液浓度过低影响产能效率；由于钴盐都有一定溶解度，如果配置浓度过高会造成溶解困难。
10、在一实施例中，本专利技术所述碱溶液是氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种，浓度为5～10mol/l。碱液浓度过低影响产能效率，会增加废水排放量；碱液浓度过高则粘度会增大，影响浆料在反应釜内混合均匀性，进而影响产品品质。
11、在一实施例中，本专利技术所述烧结助剂是硼酸、氧化硼、氧化锂中的至少一种，浓度为0.5～1.0mol/l。烧结助剂浓度过低达不到催化目的，超过一定浓度也不会有更优异的催化效果，反而造成浪费。
12、在一实施例中，本专利技术所述反应釜加入所述钴盐溶液和所述碱溶液之前，先加入纯水作为底液，所述底液占所述反应釜体积40～50％；加入所述钴盐溶液和所述碱溶液之后，占所述反应釜体积的70～80％。纯水作为底液可以调节碱液浓度，便于调节ph。
13、在一实施例中，本专利技术所述反应釜中，反应温度为40～60℃，反应ph为12.0～12.5。在此温度和ph下，有利于纳米氢氧化钴的合成。
14、在一实施例中，本专利技术所述压滤包括：将所述纳米氢氧化钴浆料打入压滤机内，用70～80℃热纯水洗涤3～5次，压榨压力0.05～1mpa，压干时间10～30min。通过调节压榨压力和压干时间，控制浆料的含水率在合适范围内，通过物理方法快速脱去部分游离水的同时，使纳米氢氧化钴仍具有流体性质，利于均匀输送至干燥设备中，提高生产效率。
15、在一实施例中，本专利技术所述干燥包括：将所述压干纳米氢氧化钴浆料通过螺杆泵输送到真空带式干燥机进行连续干燥，其中螺杆泵进料频率10～20hz，干燥温度100～130℃，停留时间30～60min。螺杆泵可以连续、稳定的泵入纳米氢氧化钴浆料，通过干燥进一步降低浆料的含水率，以便于后续氧化，粉碎步骤。
16、在一实施例中，本专利技术所述氧化、粉碎包括：将所述干燥纳米氢氧化钴浆料加入到蝶巢磨中，设置进风温度250～300℃，出风温度150～175℃，主机转速10～20hz，进料频率20～30hz。蝶巢磨包含粉碎腔，其内部主要部件是一个垂直安装的多级解聚轮，运行期间通过压力，剪切力，摩擦力等作用力迅速将物料超细粉磨，实现解聚效果。通过设置蝶巢磨进出风温度，将纳米氢氧化钴氧化为四氧化三钴，同时利用其解聚功能，有效避免了氧化期间团聚的产生。
17、在一实施例中，本专利技术所述干燥纳米氢氧化钴浆料在氧化、粉碎的同时加入所述烧结助剂，使烧结助剂包覆在纳米四氧化三钴表面。由于烧结助剂的存在，能够与正极材料形成固溶体，将使晶格畸变而得到活化，从而降低烧结温度，同时固溶体会分布于纳米四氧化三钴颗粒间，抑制晶粒长大从而促进致密化进程，加速烧结过程的原子扩散，促进烧结致密化。
18、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液是氯化钴、硫酸钴、硝酸钴中的一种或多种，浓度为1.5～2.5mol/L。
3.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述碱溶液是氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种，浓度为5～10mol/L。
4.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂是硼酸、氧化硼、氧化锂中的至少一种，浓度为0.5～1.0mol/L。
5.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述反应釜加入所述钴盐溶液和所述碱溶液之前，先加入纯水作为底液，所述底液占所述反应釜体积40～50％；加入所述钴盐溶液和所述碱溶液之后，占所述反应釜体积的70～80％。
6.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述反应釜中，反应温度为40～60℃，反应pH为12.0～12.5。
7.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制
8.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述干燥包括：将所述压干纳米氢氧化钴浆料通过螺杆泵输送到真空带式干燥机进行连续干燥，其中螺杆泵进料频率10～20Hz，干燥温度100～130℃，停留时间30～60min。
9.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述氧化、粉碎包括：将所述干燥纳米氢氧化钴浆料加入到蝶巢磨中，设置进风温度250～300℃，出风温度150～175℃，主机转速10～20Hz，进料频率20～30Hz。
10.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述干燥纳米氢氧化钴浆料在氧化、粉碎的同时加入所述烧结助剂，使烧结助剂包覆在纳米四氧化三钴表面。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液是氯化钴、硫酸钴、硝酸钴中的一种或多种，浓度为1.5～2.5mol/l。
3.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述碱溶液是氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种，浓度为5～10mol/l。
4.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂是硼酸、氧化硼、氧化锂中的至少一种，浓度为0.5～1.0mol/l。
5.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述反应釜加入所述钴盐溶液和所述碱溶液之前，先加入纯水作为底液，所述底液占所述反应釜体积40～50％；加入所述钴盐溶液和所述碱溶液之后，占所述反应釜体积的70～80％。
6.根据权利要求1所述一种改性纳米四氧化三钴的制备方法，其特征在于，所述反应釜中，反应温度为40～60℃，反应ph为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢星华，李长东，阮丁山，刘更好，周思源，张鹏，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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