[發明專利]一種體相摻鋁四氧化三鈷的制備方法

在審

• 申請號: 201810490073.1
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108807881A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 朱永澤;陳曉闖;王紅忠;劉世紅;吳來紅;趙宗明;李俊杰;杜江;吳婧;岳心圓
• 申請（專利權）人: 蘭州金川新材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 陶濤

本發明公開了一種體相摻鋁四氧化三鈷的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。該方法以一定濃度的鈷溶液為鈷源，氫氧化鈉溶液為沉淀劑，氨水溶液為絡合劑，水合肼溶液為還原劑，鋁鹽乙醇溶液為摻雜劑進行合成反應，反應過程中，通過分散加液方式將鋁鹽無水乙醇溶液加入反應釜中參與反應；合成反應結束后在一定pH值條件下，利用雙氧水溶液將合成產物氧化成羥基氧化鈷，然后將混合物洗滌、干燥、煅燒，得到鋁元素均勻分布的體相摻鋁四氧化三鈷產品，生產效率高。采用本發明方法制備出的體相摻鋁四氧化三鈷產品摻鋁量為0.5?1%，且鋁元素均勻分布，激光粒度為15?20μm，振實密度≧2.5g/cm³，比表面積1.0?3.0m²/g，呈塊狀或類球形形貌。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體是一種用于制備鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的體相摻鋁四氧化三鈷的制備方法。

背景技術

以鈷酸鋰為正極材料所制備的鋰離子電池具有重量輕、容量大、比能量高、工作電壓高、放電平穩、適合大電流放電、循環性能好、壽命長等特點，主要應用于3C數碼領域。

鈷酸鋰正朝著高電壓、高壓實、高循環性能的方向發展，因此，對原材料四氧化三鈷的要求也越來越高。Co₃O₄是一種具有特殊結構和性能的功能材料，常規Co₃O₄市場已經面臨逐步萎縮的現狀，大粒度、摻雜Co₃O₄的市場需求逐步凸顯。研究如何制備高性能大粒度摻雜四氧化三鈷已經成為熱點。

中國發明專利（201510881580.4）公開了“一種大粒徑高密度球形四氧化三鈷的制備方法”，具體方法是將在碳酸鈷合成階段通過多次循環結晶制得的碳酸鈷，通過分段式熱分解，在低溫預分解階段使碳酸鈷局部分解，形成微孔通道，在高溫熱分解階段，顆粒表面致密化，從而制備得到大粒徑高密度球形四氧化三鈷。該方法在碳酸鈷合成階段需要多次循環結晶，過程繁瑣，不利于工業化生產。

針對上述技術問題，公開號為CN 106587170 A的中國發明專利公開了“一種體相摻雜稀土元素的四氧化三鈷制備方法”，該方法通過濕法合成出摻雜元素的沉淀物，再將氫氧化鈷氧化為羥基氧化鈷，最后經過煅燒，得到體相摻雜四氧化三鈷產品。但該方法在用于摻鋁鈷酸鋰的制備時，鋁鹽與堿液反應速度快，存在鋁與鈷沉淀不均勻，從而導致四氧化三鈷中鋁元素分布不均勻的問題。另外，鈷的化合物非常容易氧化，氧化后的鈷化合物會妨礙合成產物的快速生長，因此，該方法還存在生產效率較低的問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述已有技術的不足，提供一種生產效率高、四氧化三鈷內部鋁元素分布均勻的體相摻鋁四氧化三鈷的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：以一定濃度的鈷溶液為鈷源，氫氧化鈉溶液為沉淀劑，氨水溶液為絡合劑，水合肼溶液為還原劑，鋁鹽乙醇溶液為摻雜劑進行合成反應，反應過程中，通過分散加液方式將鋁鹽無水乙醇溶液加入反應釜中參與反應；合成反應結束后在一定pH值條件下，利用雙氧水溶液將合成產物氧化成羥基氧化鈷，然后將混合物洗滌、干燥、煅燒，得到鋁元素均勻分布的體相摻鋁四氧化三鈷產品。具體包括以下步驟：

a、溶液的配制

以鈷鹽為原料，配制成鈷濃度為1-2mol/L的鈷溶液為A溶液；配制濃度為2-6mol/L的氫氧化鈉溶液為B溶液；配制濃度為5-10mol/L的氨水溶液，且每升氨水溶液中加入5-20mL體積分數為30%的水合肼溶液為C溶液；配制濃度為5-10mol/L的雙氧水溶液為D溶液；配制濃度為4-8g/L的鋁鹽無水乙醇溶液為E溶液；

b、合成反應

使A溶液、B溶液和C溶液并流進入反應釜，同時加入E溶液，在200-500r/min的攪拌狀態下進行反應，得到氫氧化鈷；

c、氧化反應