[發明專利]一種花狀鋁摻雜四氧化三鈷及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910335810.5
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110015698B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 苗小歡;丁建華;萬文治;李鍇;易紫其
• 申請（專利權）人: 湖南雅城新材料有限公司
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/46
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 伍傳松

本發明公開了一種花狀鋁摻雜四氧化三鈷及其制備方法與應用，包括以下步驟：S1、分別配制鈷鋁混合溶液以及沉淀劑溶液，其中，所述鈷鋁混合溶液中含有可溶性鈷鹽和可溶性鋁鹽；S2、將鈷鋁混合溶液、沉淀劑溶液以及pH調節劑并流后通入反應釜中反應制得鋁摻雜四氧化三鈷前驅體；S3、將步驟S3制得的鋁摻雜四氧化三鈷前驅體煅燒，得到所述花狀鋁摻雜四氧化三鈷。通過巧妙地控制各物料的進料摩爾比、反應pH值及反應溫度等反應參數，使得制得的鋁摻雜四氧化三鈷材料形成粒徑均一的毛條拉花狀結構；本發明方案制備方法操作簡便，生產工藝簡單，可控性好，具有良好的工業化生產應用前景。

技術領域

本發明涉及無機材料技術領域，具體涉及一種花狀鋁摻雜四氧化三鈷及其制備方法與應用。

背景技術

隨著社會的不斷發展，科技速度日益加快，鋰電池的應用越來越廣泛，鈷酸鋰是一種重要的鋰電正極材料。鈷酸鋰主要是由四氧化三鈷和碳酸鋰或氫氧化鋰燒結而成，因此，四氧化三鈷是決定鈷酸鋰品質的最主要因素，其比表面積、電鏡形貌都對最終的正極材料起著至關重要的影響。隨著世界鈷價格的節節攀升，尋求一種替代或減少鈷金屬用量無疑是最好的選擇，摻雜是其中最有效的方法之一。摻雜元素不僅能夠提高晶格的穩定性，而且還可以大幅度提高電池材料的循環性能。鋁元素摻雜是常見的摻雜元素之一。此外，四氧化三鈷納米材料由于具有良好的催化性能和電化學性能，在超級電容器、催化工業和傳感器等領域也具有良好的應用前景。而研究表明，通過摻雜可以改善納米金屬氧化物氣敏材料的傳感性能，摻雜能夠提高材料的靈敏度和穩定性。

現有技術中，制備鋁摻雜四氧化三鈷通常采用的是固相高溫煅燒法或者液相共沉淀法。其中，固相高溫煅燒法由于存在能耗高、對設備要求高、煅燒工藝復雜、體相摻雜不均一等缺陷，因此，其應用場合相對較少。液相共沉淀法是制備電池材料前驅體的常用方法之一，這種制備方法重現性好且能耗相對較低。但由于各類元素的溶度積不同，導致沉降速度差異過大，致使摻雜元素在主體材料中分布不均勻。

基于此，找出一種能夠實現摻雜效果好且操作簡便的鋁摻雜四氧化三鈷具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是：提供一種操作簡便且摻雜效果好的花狀鋁摻雜四氧化三鈷的制備方法。

本發明所要解決的第二個技術問題是：提供一種摻雜效果好的花狀鋁摻雜四氧化三鈷。

本發明所要解決的第三個技術問題是：提供一種摻雜效果好的花狀鋁摻雜四氧化三鈷的應用。

為了解決上述第一個技術問題，本發明采用的技術方案為：一種花狀鋁摻雜四氧化三鈷的制備方法，包括以下步驟：

S1、分別配制鈷鋁混合溶液以及沉淀劑溶液，其中，所述鈷鋁混合溶液中含有可溶性鈷鹽和可溶性鋁鹽；

S2、鋁摻雜四氧化三鈷前驅體的制備：將步驟S1配制的鈷鋁混合溶液、沉淀劑溶液和pH調節劑并流后通入反應釜中反應制得鋁摻雜四氧化三鈷前驅體，將反應體系的pH值控制在7.2～7.5之間，溫度控制為50～55℃，所述鈷鋁混合溶液與沉淀劑的進料摩爾比為1:(1.5～2.0)；

S3、花狀鋁摻雜四氧化三鈷的制備：將步驟S2制得的鋁摻雜四氧化三鈷前驅體煅燒后得到所述花狀鋁摻雜四氧化三鈷。

進一步地，所述步驟S1中，所述可溶性鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷；優選地，所述可溶性鋁鹽為硫酸鋁、氯化鋁或硝酸鋁；優選地，所述可溶性鋁鹽為硫酸鋁；所述沉淀劑為碳酸氫銨或碳酸鈉；優選地，所述沉淀劑為碳酸氫銨。

進一步地，若所述可溶性鈷鹽為氯化鈷，則所述步驟S3還包括將鋁摻雜四氧化三鈷前驅體在煅燒前洗滌至氯離子含量低于100ppm。

進一步地，所述步驟S1中，所述鈷鋁混合溶液中鈷鹽濃度為(0.5～2)mol/L，鋁鹽濃度為(0.002～0.025)mol/L，所述沉淀劑濃度為(1～3)mol/L。