[發明專利]一種單晶小粒度四氧化三鈷的制備方法

有效

• 申請號: 202110588418.9
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113233516B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 陳曉闖;馮玉潔;王平德;蔣曉鋒;曹維琴;關樂忠;杜長龍
• 申請（專利權）人: 金川集團股份有限公司;蘭州金川新材料科技股份有限公司
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 郭剛

一種單晶小粒度四氧化三鈷的制備方法，包括以下步驟：配液、合成反應、陳化、過濾、洗滌及干燥、破碎、煅燒。本發明利用制備碳酸鈷過程中得到的廢液為原料，變廢為寶，實現了資源的綜合利用；通過合成出結晶良好的大粒度氫氧化鈷和碳酸鈷混合物，能夠簡單方便的將合成混合物破碎成小粒度氫氧化鈷和碳酸鈷混合物，再通過煅燒，制備出單晶小粒度四氧化三鈷產品。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種用于制備鈷酸鋰的單晶小粒度四氧化三鈷制備方法。

背景技術

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，對原材料四氧化三鈷的要求越來越高。Co₃O₄是一種具有特殊結構和性能的功能材料，單晶小粒度四氧化三鈷產品能夠提高鈷酸鋰的壓實密度和倍率性能，所以單晶小粒度Co₃O₄的市場需求逐步凸顯。研究如何制備單晶小粒度四氧化三鈷已經成為熱點。

中國發明專利CN201710043633.4，公開了“一種致密晶型四氧化三鈷的制備方法”，具體制作方法包括如下步驟：第一步：先將占反應釜有效體積1/10-1/5的純水注入反應釜中作為底液，升溫至30～60℃，在攪拌下將氯化鈷溶液和碳酸氫銨溶液同時加入到反應釜中發生沉淀反應，加料過程中通過調整碳酸氫銨溶液流量控制反應液的pH值在6～8，當碳酸鈷粒徑長至2～5μm時停止加料；第二步：將第一步得到的碳酸鈷漿料進行壓濾、濾餅直接進行干燥，保持碳酸鈷中殘留NH₄Cl的含量為0.1～1％或者將第一步得到的碳酸鈷漿料壓濾，濾餅用純水進行淋洗，淋洗時間不超過10分鐘，然后進行干燥，保持碳酸鈷中殘留NH₄Cl的含量為0.1～1％；將干燥的碳酸鈷進行煅燒，煅燒過程分兩步：第一步低溫預分解，溫度為200～300℃，保溫0.5～2h，第二步高溫快速分解，溫度為600～800℃，保溫3～4h。此種方法過程繁瑣。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中存在的問題，提供一種生產過程簡單易控的單晶小粒度四氧化三鈷制備方法。

本發明的一種單晶小粒度四氧化三鈷的制備方法，包括以下步驟：

a、以鈷鹽為原料，配置鈷濃度為90～110g/L的鈷溶液為A溶液；將制備碳酸鈷過程中生成的廢液與濃度為400g/L的氫氧化鈉溶液按一定的體積比配置成B溶液；

b、合成反應開始時，將A、B溶液并流加入反應釜中，在攪拌下進行氫氧化鈷和碳酸鈷混合物的合成，合成過程中嚴格控制A、B溶液流量、反應pH值、反應溫度、攪拌強度和反應時間；

c、當合成反應結束后，開始陳化，陳化結束后，將合成產物過濾、洗滌、干燥，得到結晶完好且蓬松的大粒度合成產物，合成產物為氫氧化鈷與碳酸鈷的混合物；

d、將步驟c得到的大粒度合成產物破碎，得到包含氫氧化鈷和碳酸鈷的小粒度產品；

e、將步驟d得到的小粒度產品進行煅燒，得到單晶小粒度四氧化三鈷產品。

優選的，步驟a中，鈷鹽為硫酸鈷、硝酸鈷或氯化鈷中的一種或幾種的組合，所述制備碳酸鈷過程中生成的廢液指標為NH₄⁺濃度25～35g/L，HCO₃^-濃度30～50g/L,廢液與氫氧化鈉溶液體積比為0.8～1.2。

優選的，步驟b中反應釜為15m³反應釜，所述反應過程中A溶液流量為500～600L/h，反應pH值為8.4～8.8，B溶液流量根據反應pH值調節，反應溫度為70～74℃，攪拌強度為100～120轉/min，反應時間為8～10h。