[發明專利]一種調控四氧化三鈷比表面積的合成方法

在審

• 申請號: 202011350299.5
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112408501A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 許開華;李炳忠;戴熹;馬興興
• 申請（專利權）人: 格林美（江蘇）鈷業股份有限公司
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 劉佳音

本發明公開了一種調控四氧化三鈷比表面積的合成方法，包括以下步驟：步驟一、配制一定濃度的含氧化劑的原料金屬溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液；步驟二、將含氧化劑的原料金屬溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液并流加入到反應釜中，控制反應體系的pH值、反應溫度、攪拌速率；步驟三、當四氧化三鈷的粒度達到設定值后，停止反應，進行離心洗滌、烘干、煅燒；步驟四、將合成好的四氧化三鈷材料進行比表面積測試。本發明基于工藝條件的調整，可以方便地調控四氧化三鈷產品的比表面積，從而達到使其適用于不同應用領域的目的，且這三種工藝條件可以互相結合，調整起來相對靈活。

技術領域

本發明屬于四氧化三鈷材料制備方法，具體涉及一種調控四氧化三鈷比表面積的合成方法。

背景技術

從1990年索尼公司首次產業化真正意義上的鋰離子電池，鈷酸鋰材料由于其工作電壓高、充放電結構穩定、比能量高、循環穩定性好、環境友好等優點，被大量應用于智能手機、平板電腦、無人機等產品。

四氧化三鈷是生產鈷酸鋰的重要前驅體，其物理化學性質對鈷酸鋰的電學性能有至關重要的影響，其中比表面積是備受關注的一個方面。一般來說，比表面積大的四氧化三鈷前驅體微觀孔道多，加速高溫下碳酸鋰的與四鈷的融合，由此制備的鈷酸鋰材料尺寸較小，但更容易浸潤電解液，有利于電池的快速充放電過程，通常適用于對電池功率密度要求較高而對能量密度要求不高的領域；而比表面積較小的四氧化三鈷前驅體在高溫下與碳酸鋰混合時，更易生長為尺寸較大的類單晶材料，這類材料比表面積較小，有利于維持電池的循環保持率，通常適用于對電池能量密度要求較高而對功率密度要求不高的領域。在實際應用中，不同類型的電池需要不同物理指標的鈷酸鋰材料，這就需要我們開發比表面積可調控的四氧化三鈷前驅體。公開號為CN111048776A的專利公開了一種形貌可調控的立方體四氧化三鈷材料的制備方法，通過改變四氧化三鈷熱解氣氛，能得到不同殼層的四氧化三鈷材料。但這篇報道僅關注了其形貌，并未對其物理指標尤其是比表面積進行過多表征。

發明內容

針對上述已有技術存在的不足，本發明提供一種調控四氧化三鈷比表面積的合成方法，通過改變濕法沉淀四氧化三鈷合成工藝的條件(摻雜其他元素、氧化劑用量)及煅燒條件(煅燒溫度)，可以有效地調控四氧化三鈷的比表面積，制備適用不同應用領域的電池材料。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種調控四氧化三鈷比表面積的合成方法，包括以下步驟：

步驟一、配制一定濃度的含氧化劑的原料金屬溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液；

步驟二、將含氧化劑的原料金屬溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液并流加入到反應釜中，控制反應體系的pH值、反應溫度、攪拌速率；

步驟三、當四氧化三鈷的粒度達到設定值后，停止反應，進行離心洗滌、烘干、煅燒；

步驟四、將合成好的四氧化三鈷材料進行比表面積測試。

進一步地，執行完步驟四之后，若要提高四氧化三鈷材料的比表面積，則采用增大摻雜量、增加氧化劑含量、降低煅燒溫度中的一種或幾種方式，并重復步驟一至步驟四；若要降低四氧化三鈷材料的比表面積，則采用減小摻雜量、減少氧化劑含量、提高煅燒溫度中的一種或幾種方式，并重復步驟一至步驟四。

進一步地，所述原料金屬溶液包含鈷溶液和摻雜元素溶液，其中鈷溶液為氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷溶液中的一種或多種的混合液，摻雜元素溶液為鋁、鎂中的一種或兩種氯化物。

進一步地，所述原料金屬溶液中摻雜元素與鈷的質量比為0-0.01，鈷鹽濃度為1-2mol/L，摻雜元素鹽濃度為為0.02-01mol/L。

進一步地，原料金屬溶液中鈷與氧化劑的質量比為450：1-300：1。