[發明專利]一種摻鋁四氧化三鈷的制備方法

在審

• 申請號: 202110980700.1
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113735183A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 陳曉闖;王平德;王飛;關樂忠;杜鵬超;李剛剛;楊青青;劉信
• 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: 徐星

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體為一種摻鋁四氧化三鈷的制備方法，該方法通過在氫氧化鈷制備過程中并流加入堿性納米鋁溶膠，制備得到均勻摻鋁氫氧化鈷產品；然后將均勻摻鋁氫氧化鈷產品洗滌、干燥、煅燒，得到摻鋁四氧化三鈷產品。利用此工藝，能夠制備出激光粒度D₅₀在16～18μm，摻鋁量在0.4～0.8%，振實密度≧2.0g/cm³，比表面積1.0～3.0m²/g，形貌為塊狀或類球形的摻鋁四氧化三鈷產品。本發明制備出的摻鋁四氧化三鈷產品中鋁均勻分布，有利于提高鈷酸鋰產品的充放電電壓。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體為一種摻鋁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，摻鋁四氧化三鈷產品能夠提高鈷酸鋰的充電電壓和循環性能，所以摻鋁Co₃O₄的市場需求逐步凸顯。研究如何制備摻鋁四氧化三鈷已經成為熱點。

中國發明專利CN201810455841.X，公開了“一種大粒徑摻鋁四氧化三鈷的制備方法”，具體制作方法是采用連續生產的方法，在進行中和沉淀反應的同時，邊反應邊分離出不含物料的上清液，得到含有鋁的粒徑D50為10～14.5μm的碳酸鈷晶種，再繼續向所述晶種中添加鋁鈷溶液及碳酸氫銨溶液進行中和沉淀反應，直到得到粒徑D50為18～21μm的大粒徑摻鋁碳酸鈷，對所得摻鋁碳酸鈷進行除鐵、脫水、洗滌、干燥，進行分段式熱分解，得到粒度D50為17.5～19μm的黑色粉末狀摻鋁氧化鈷產品；中國發明專利CN201711217367.9，公開了“一種大粒徑均勻摻鋁四氧化三鈷的制備方法”，該方法采用濕法合成大粒徑摻鋁碳酸鈷，針對碳酸鈷體系摻鋁均勻性問題，從原理上設置參數，防止鋁化合物單獨析出、聚集，所摻Al元素能均勻分布在四氧化三鈷里，粒徑達15μm以上，粒度分布均勻。上述專利均采用先合成摻鋁碳酸鈷，再煅燒制備得到摻鋁四氧化三鈷產品，與本申請專利明顯不同。

發明內容

本發明的目的在于提供一種摻鋁四氧化三鈷的制備方法，以解決上述背景技術中提出的反應時間長，過程繁瑣，不易制備出鋁均勻分布的摻鋁四氧化三鈷的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種摻鋁四氧化三鈷的制備方法，該方法的特征在于具體步驟：

步驟（1）以鈷鹽為原料，配置鈷濃度為90～110g/L的鈷溶液為A溶液；配制200～300g/L氫氧化鈉溶液為B溶液；配置90g/L的氨水溶液為C溶液，其中，每升氨水溶液中添加5～10mL質量濃度為80%的水合肼溶液；用純水稀釋PH值為 7～9、膠粒粒徑在5～15nm的鋁溶膠至鋁含量為4～8g/L，此稀鋁溶膠液為D液。

步驟（2）在反應釜中進行摻鋁氫氧化鈷的制備。合成反應開始時，將 A、B、C、D 溶液并流加入反應釜中，在攪拌條件下進行摻鋁氫氧化鈷制備。當反應釜內漿料體積達到一定值時，開啟精密過濾器，用漿料泵將反應釜漿料泵入精密過濾器中濃縮，濃漿料返回反應釜中繼續合成，通過調節排掉的母液量來保持反應釜液位在確定刻度上。反應過程中嚴格控制 A、B、C、D 溶液流量、反應 pH 值、反應溫度、攪拌強度和反應時間。

步驟（3）當合成反應結束后，關閉反應釜的精密過濾器，開始陳化。陳化結束后，將合成產物過濾、洗滌、干燥，得到摻鋁氫氧化鈷產品。

步驟（4）將步驟(3)得到的摻鋁氫氧化鈷進行煅燒，得到摻鋁四氧化三鈷產品。

優選的，所述步驟（1）中，所述鈷鹽為硫酸鈷、硝酸鈷或氯化鈷中的一種。