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一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法

文献发布时间:2023-06-19 18:46:07


一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域,具体涉及一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法。

背景技术

长期以来,正极材料都是决定锂离子电池性能的重要因素之一。钴酸锂由于较高的压实密度而带来的高能量密度,一直占据3C市场的主要地位。近年来,智能手机和平板电脑的高速发展对电池的轻薄化要求越来越高,一方面需要保证电池材料压实密度逼近其理论密度,另一方面也对钴酸锂的克比容量提出了更高的要求。

提高克比容量的有效方法之一是提高钴酸锂的充电电压,让更多的Li

中国发明专利CN202011173795.8,公开了“一种均相掺铝小粒径四氧化三钴的制备方法”,采用复合型络合剂来平衡Co

发明内容

本发明的目的是为了克服现有工艺方法得到的掺铝四氧化三钴仍然存在粒度分布范围大,不够均匀的技术问题,提供一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法。

为实现其目的,本发明采用以下技术方案:

一种均相高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法,包括以下步骤:

a、配液

以硫酸钴和EDTA-2Na为原料,配制钴浓度为90~110g/L,EDTA-2Na浓度为0.8~1.2g/L的混合溶液为A溶液;配制浓度为280~320g/L的氢氧化钠溶液为B溶液;配制浓度为160~180g/L的双氧水溶液为C溶液;以偏铝酸钠和氢氧化钠为原料,配制铝浓度为15~18g/L的偏铝酸钠和40g/L的氢氧化钠混合溶液为D溶液;

b、合成反应

将A、B、C、D溶液并流加入反应釜中,在搅拌下进行均相掺铝四氧化三钴前驱体合成;其中,A溶液流量为300L/h,C溶液流量为45~55L/h,D溶液流量为20~30L/h,反应pH值为10.0~10.5,B溶液流量根据反应pH值动态调整,反应温度为74~78℃,搅拌强度为180~220转/分钟,反应时间30~35h,得到合成浆料;

c、洗涤

对步骤b中合成浆料进行洗涤,得到均相高掺铝氢氧化钴物料;

d、煅烧

将步骤c中均相高掺铝氢氧化钴物料进行煅烧,得到均相高掺铝四氧化三钴物料;

e、二次洗涤、干燥

将步骤d中均相高掺铝四氧化三钴物料进行二次洗涤并干燥,得到均相高掺铝四氧化三钴产品。

作为本发明技术方案的进一步改进,上述步骤c中,洗涤设备为压滤机,洗液为80~90℃的去离子水;所述均相高掺铝氢氧化钴物料的硫含量≤0.005%,钠含量≤0.05%。

进一步地,步骤d中,所述煅烧设备为回转窑,煅烧温度为750℃~780℃,煅烧时间为2~4h;所述均相高掺铝四氧化三钴物料指标为粒度4~5µm,振实密度≥2.2g/cm3,比表面积为3.0±0.5m2/g,钠含量≤0.05%,硫含量≤0.005%。

进一步地,步骤e中,洗涤所用设备为压滤机,洗液为80~90℃的去离子水;所述干燥设备为闪蒸机,干燥后物料水分含量≤0.05%。

进一步地,所述均相高掺铝四氧化三钴产品的激光粒度D50为4~5μm,振实密度≧2.2g/cm

本发明方法采用高浓度(铝浓度为15~18g/L)偏铝酸钠溶液为掺铝剂,在高合成pH值、高搅拌强度合成工艺条件下,偏铝酸钠与硫酸钴溶液并流加入反应釜中参与反应,生成纳米级的氢氧化铝颗粒,纳米级氢氧化铝颗粒均匀夹杂分布在氢氧化钴颗粒晶格内部,得到均相高掺铝氢氧化钴颗粒,均相高掺铝氢氧化钴通过750~780℃高温长时间煅烧,得到形貌规则的均相高掺铝小粒度四氧化三钴产品。采用本工艺制备出的均相高掺铝四氧化三钴产品,可以制备出4.5V及以上高电压钴酸锂产品。

附图说明

图1是本发明均相高掺铝四氧化三钴的制备方法的工艺流程图;

图2是本发明实施例1制备出的掺铝氢氧化钴的微观形貌电镜图;

图3是本发明实施例1制备出的掺铝四氧化三钴的微观形貌电镜图;

图4是本发明实施例1制备出的掺铝四氧化三钴的能谱检测结果;

图5是本发明实施例2制备出的掺铝氢氧化钴的微观形貌电镜图;

图6是本发明实施例2制备出的掺铝四氧化三钴的微观形貌电镜图;

图7是本发明实施例2制备出的掺铝四氧化三钴的能谱检测结果;

图8是本发明实施例3制备出的掺铝氢氧化钴的微观形貌电镜图;

图9是本发明实施例3制备出的掺铝四氧化三钴的微观形貌电镜图;

图10是本发明实施例3制备出的掺铝四氧化三钴的能谱检测结果。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本发明制备工艺如图1所示。

实施例1

生产步骤如前所述,各个步骤中的具体参数如下:

以硫酸钴和EDTA-2Na为原料,配制钴浓度为90g/L,EDTA-2Na浓度为0.8g/L的混合溶液为A溶液;配制浓度为280g/L的氢氧化钠溶液为B溶液;配制浓度为160g/L的双氧水溶液为C溶液,配制铝浓度为15g/L的偏铝酸钠和40g/L的氢氧化钠混合溶液为D溶液。

在10m

合成结束后,用压滤机对合成浆料进行洗涤,洗液为80~90℃的去离子水,洗后物料中硫含量≤0.005%,钠含量≤0.05%。

将洗涤后的均相高掺铝氢氧化钴湿料在回转窑上进行煅烧,煅烧温度为780℃,煅烧时间为2h,得到均相掺铝四氧化三钴物料。

将煅烧后的物料用压滤机进行二次洗涤操作,洗液为80~90℃的去离子水,洗后物料钠含量≤0.01%,然后用闪蒸机对二次洗涤后物料进行干燥,控制干燥后物料水分≤0.05%,得到均相高掺铝四氧化三钴产品。本实施例中四氧化三钴产品的部分物化指标如表1所示。制备的掺铝氢氧化钴和掺铝四氧化三钴微观形貌及能谱检测结果见图2-4。

表1 本发明实施例1中掺铝四氧化三钴产品的部分物化指标

实施例2

生产步骤如前所述,各个步骤中的具体参数如下:

以硫酸钴和EDTA-2Na为原料,配制钴浓度为100g/L,EDTA-2Na浓度为1.0g/L的混合溶液为A溶液;配制浓度为300g/L的氢氧化钠溶液为B溶液;配制浓度为170g/L的双氧水溶液为C溶液,配制铝浓度为16.8g/L的偏铝酸钠和40g/L的氢氧化钠混合溶液为D溶液。

在10m

合成结束后,用压滤机对合成浆料进行洗涤,洗液为80~90℃的去离子水,洗后物料中硫含量≤0.005%,钠含量≤0.05%。

将洗涤后的均相高掺铝氢氧化钴湿料在回转窑上进行煅烧,煅烧温度为760℃,煅烧时间为3h,得到均相掺铝四氧化三钴物料。

将煅烧后的物料用压滤机进行二次洗涤操作,洗液为80~90℃的去离子水,洗后物料钠含量≤0.01%,然后用闪蒸机对洗钠后物料进行干燥,控制干燥后物料水分≤0.05%,得到均相高掺铝四氧化三钴产品。本实施例中四氧化三钴产品的部分物化指标如表2所示。制备的掺铝氢氧化钴和掺铝四氧化三钴微观形貌及能谱检测结果见图5-7。

表2 本发明实施例2中掺铝四氧化三钴产品的部分物化指标

实施例3

生产步骤如前所述,各个步骤中的具体参数如下:

以硫酸钴和EDTA-2Na为原料,配制钴浓度为110g/L,EDTA-2Na浓度为1.2g/L的混合溶液为A溶液;配制浓度为320g/L的氢氧化钠溶液为B溶液;配制浓度为180g/L的双氧水溶液为C溶液,配制铝浓度为18g/L的偏铝酸钠和40g/L的氢氧化钠混合溶液为D溶液。

在10m

合成结束后,用压滤机对合成浆料进行洗涤,洗液为80~90℃的去离子水,洗后物料中硫含量≤0.005%,钠含量≤0.05%。

将洗涤后的均相高掺铝氢氧化钴湿料在回转窑上进行煅烧,煅烧温度为750℃,煅烧时间为4h,得到均相掺铝四氧化三钴物料。

将煅烧后的物料用压滤机进行二次洗涤操作,洗液为80~90℃的去离子水,洗后物料钠含量≤0.01%,然后用闪蒸机对洗钠后物料进行干燥,控制干燥后物料水分≤0.05%,得到均相高掺铝四氧化三钴产品。本实施例中四氧化三钴产品的部分物化指标如表3所示。制备的掺铝氢氧化钴和掺铝四氧化三钴微观形貌及能谱检测结果见图8-10。

表3 本发明实施例3中掺铝四氧化三钴产品的部分物化指标

制备的掺铝氢氧化钴和掺铝四氧化三钴微观形貌及能谱检测结果见附图3。

技术分类

06120115686538