一种电池用碳酸钴的制备方法技术

本发明专利技术公开一种电池用碳酸钴的制备方法，该制备方法是先加入碳酸氢铵溶液作为底液，再加入钴液进行中和沉淀反应，至反应体系pH=6～7时，采用同时进料的方式，向反应体系中同时加入碳酸氢铵溶液和钴液，并且加料过程中保持整个体系pH稳定在6～8之间，并监控碳酸钴颗粒的大小，待碳酸钴的平均粒度分布指标中的D50达到规定要求时，停止加料，则整个中和沉淀反应结束，将反应产物在反应槽内继续进行保温陈化后，出料过滤、烘干，则得到所需碳酸钴。本发明专利技术的制备方法简单、成本低廉、中和沉淀反应的两个阶段搭配合理，并且搭配合适的参数优化，从而制备得到大松比、粒径均匀可控的类球形的碳酸钴。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新材料
，尤其涉及电池材料技术，具体涉及
技术介绍
随着社会的进步，科技的发展速度逐步加快，信息化时代的到来，更是推动着电子产品的不断更新，作为便携式电子设备的能源装置一二次电池的需求增加，现阶段的二次电池的正极材料以钴酸锂作为主导，作为钴酸锂的前驱体(碳酸钴)的品质，决定了电池材料的性能。常规的碳酸钴生产都是采用反加法，即将钴液加入碳酸氢铵溶液中进行中和沉淀，通过对加料速度、料液温度和料液浓度的调整，来控制生成的碳酸钴的粒度分布和松装比重。然而，在该中和沉淀过程中，由于沉淀的不断进行，体系的酸度是在不断变化的；另外，作为底液的碳酸氢铵也随着沉淀的进行在不断地消耗，而体系的体积不断地增加，从而使得碳酸氢铵浓度减小；这些情况都造成沉淀环境的不断变化，因此生成的碳酸钴在物理性能上，无法保证前后的一致性，粒度分布广，颗粒大小不均匀，外形也不规则。最终导致做出来的电池正极材料性能不一，影响电池产品的一致性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种制备大松比、粒径均匀可控、类球形的电池用碳酸钴的方法。本专利技术的上述目的是通过如下方案予以实现的 现有生产碳酸钴的工艺，其整个反应都是在PH值大于7的环境下完成的，本专利技术人通过对现有工艺缺陷进行研究后发现，将中和沉淀反应分成两个阶段进行，并在两个阶段中对反应方式、反应体系PH以及温度等参数进行相应优化后，能取得更好的实验效果，从而提出，该制备方法具体包括如下步骤； 步骤I中和沉淀反应 加入碳酸氢铵溶液作为底液，再加入钴液进行中和沉淀反应，至反应体系PH=6 7 ； 步骤2中和沉淀反应 当步骤I的反应体系PH=6 7时，采用同时进料的方式，向步骤I的反应体系中同时加入碳酸氢铵溶液和钴液，并且加料过程中保持整个体系PH稳定在6 8之间，并监控碳酸钴颗粒的大小，待碳酸钴的颗粒平均粒度分布指标中的D50达到规定要求时，停止加料，则整个中和沉淀反应结束； 步骤3陈化 将步骤2反应好的物料在反应槽内继续进行保温陈化后，出料过滤、烘干，则得到所需碳酸钴。上述步骤I中，碳酸氢铵溶液的浓度为150 250g/L ;钴液是指氯化钴溶液、硫酸钴溶液或硝酸钴溶液等，其浓度为以金属钴量计60 120g/L。上述步骤I中，加入碳酸氢铵作为底液，碳酸氢铵的加入量以能刚好开启搅拌为且。 上述步骤I中，加入碳酸氢铵作为底液,然后加入钴液进行中和沉淀反应，钴液需要缓慢加入，具体可按照2 4L/h的流量加入，控制中和沉淀反应温度为40 50°C。上述步骤I中，中和沉淀反应的温度是专利技术人经过数据优化后确定的，因为专利技术人发现这一过程的主要任务是形成碳酸钴的晶核。专利技术人经过研究发现若温度太低则颗粒的生长太慢，且形貌不好，而若温度太高，则颗粒生长太快，松比小，达不到要求，且形貌也不好，因此根据优化实验的结果，本专利技术步骤I中的中和沉淀反应温度采用40 50°C，在这个优化的温度范围内生产的晶核分散性好，基于这种晶核长大的颗粒形貌也好。上述步骤2中，同时加料过程中，碳酸氢铵溶液的浓度是采用与步骤I相同的碳酸氢铵溶液浓度，钴液浓度是采用与步骤I相同的钴液浓度。上述步骤2中，钴液的流量为步骤I中钴液流量的3/4 ;碳酸氢铵溶液的流量按如下计算方法计算钴液浓度X钴液流量X (3. 5 4. 5)/碳酸氢铵浓度，所述钴液流量为步骤2的钴液流量。上述步骤2中，中和沉淀反应温度为50 70°C。本专利技术人通过研究发现，步骤2中和沉淀反应温度比步骤I中和沉淀反应温度略高，能够更好地照顾到粒度的生长速度和粒度的形貌及致密度之间的关系。若温度太低，则颗粒生长缓慢，但形貌和致密度相对较好，若温度太高，则颗粒生产快速，但是形貌差致密度更差。因此专利技术人通过优化后，采用步骤2中和沉淀反应温度为50 70°C，从而很好地顾及三方面的平衡。上述步骤2中，所述监控碳酸钴颗粒的大小，是指取样检测生产的碳酸钴的颗粒平均粒度分布指标中的D50 ;所述待碳酸钴的D50达到规定要求时，停止加料，是指碳酸钴的D50=6. 5 15Mm时，停止加料。上述步骤2中，若碳酸钴的D50还未达到D50的要求，而反应釜已经装满物料，则停止加料，静置澄清，抽出一半的上清液之后，再继续进料反应。上述步骤3中，本专利技术人通过研究发现在进行了步骤I和步骤2的两步中和沉淀反应后，再搭配陈化处理，可有效帮助产物纯度的进一走提高，去除夹带的杂质，同时也可以微观地修整颗粒表面，使其更球化，表面更平整。因此，专利技术人又对陈化的条件进行了研究和优化，得出结论为陈化温度需高于步骤2中和沉淀反应温度，具体高O 10°C ;陈化时间为2 8小时。上述制备方法中，碳酸氢铵的总用量与钴金属的总用量的比例为(3. 5 4. 5) :1，重量比。经过上述步骤制备的碳酸钴，经检测发现，其颗粒分布均匀，个体微观形貌规则，表面平整，类球形化。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果 I.现有碳酸钴生产工艺主要是采用一个中和沉淀反应，在PH大于7的反应体系环境下完成的；而本专利技术是采用两个步骤的中和沉淀反应，第一个中和沉淀反应采用碳铵反加法的反应方式，其温度优化，终PH采用小于7的环境，这些措施都使得第一个中和沉淀反应生成的晶核更加致密，为第二个中和沉淀反应生成的碳酸钴颗粒的附着生长提供良好的基础；2.本专利技术的第一个中和沉淀反应中，成核时的低温使得分子的运动不会很剧烈，有利于分子的分散；低PH使生成的碳酸钴中氢氧化钴的含量较少； 3.本专利技术的第二个中和沉淀反应中，采用同时加料的反应方式，并且控制流量要低于第一个中和沉淀反应的流量，这样就可以在一个相对稳定的环境下，碳酸钴颗粒进行均向生长，从而保证能够生产出粒度分布均匀，大松比、类球形的碳酸钴；4.本专利技术通过降低第二个中和沉淀反应的加料速度，来控制新增碳酸钴的数量，从而使其能够附着在第一个中和沉淀反应生成的颗粒上长大，不会因为新生成的数量太多而自行堆积长大，保证碳酸钴颗粒的均匀性；5.本专利技术的两个中和沉淀反应中，钴液的流量采用不同的数值，第二个反应的钴液流量为第一个反应钴液流量的3/4，是因为本专利技术人发现通过这样的调整，可以减少新晶核的生成，实现都附着在原有的晶核上长大，从而可以使得颗粒生长能均匀、致密、形貌好且松比大； 6.本专利技术的制备方法简单、成本低廉、中和沉淀反应的两个阶段搭配合理，并且搭配合适的参数优化，从而制备得到大松比、粒径均匀可控的类球形的碳酸钴。附图说明图I为实施例I制备所得碳酸钴的SM图；图2为实施例2制备所得碳酸钴的SM图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步地描述，但具体实施例并不对本专利技术做任何限定。实施例I 本实施例碳酸钴的制备方法，具体包括如下步骤 步骤I中和沉淀反应 在反应槽底部加入一定量(保证能开启搅拌即可)的碳酸氢铵溶液(碳酸氢铵溶液的浓度为250 g/L)作为底液，开启水浴保温系统，将槽内的碳酸氢铵溶液升温至40°C，之后以剂量计显示值为2. 5L/h的速度将钴液加入到槽内碳酸氢铵溶液中进行中和沉淀反应，所述钴液是指浓度为以金属钴量计100 g/L的氯化钴溶液，反应过程中温度保持不变； 步骤2中和沉淀反应 待步骤I的反应体系PH值达到6. 8时，降低氯化钴溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟晖，戎家亮，
申请(专利权)人：英德佳纳金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：