[发明专利]四氧化三钴的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四氧化三钴的生产方法，属于锂电池材料技术领域。

背景技术

随着高能绿色电池产业的蓬勃发展，对电池的制造原料无论是在数量还是质量上的要求越来越高。四氧化三钴作为锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原料，也随着锂离子二次电池的需求量增加而增加。锂离子电池所用的四氧化三钴有严格的指标要求，如其结晶结构、颗粒形貌、粒度组成与分布、松装密度、化学成分，其中对化学成分一般要求四氧化三钴中铁、锰、镍等金属的含量要求少于0.005％；比表面积要求大于4m²/g。

现有的四氧化三钴生产大部分厂家用的煅烧设备都是推板窑，存在以下问题：

1、生产时间长，能耗高，需在800-950℃下煅烧12-15小时，每吨四氧化三钴耗电3000～4000°；

2、因为窑炉内温度不均匀，反应后物料也不均匀，所得四氧化三钴微观一致性差(见图1，粒径分布不均匀，产品性能不统一)；其中比表面积较小的四氧化三钴，活性较小，因为比表面积越大与其他成分接触的可能性增大，增强颗粒活性，在后续与碳酸锂反应生成钴酸锂的生产中反应速度慢，尤其存在不彻底现象，钴酸锂产品中会存在残余的未反应的碳酸锂，产品呈碱性，一般物料的pH值为11-11.5，这样电性能也降低。

3、装料匣钵掉渣带入物料带来杂质硅、铝、钙等及其它污染，使四氧化三钴产品的化学成分无法达到指标要求；

4、劳动强度大，手工操作，不能实现自动化；

5、窑炉内物流不畅，导致焙烧效率不高。

6、当原料是硫酸钴时，硫酸钴会渗透到推板窑的匣钵里，使得匣钵寿命短，收率低，排放的二氧化硫用塔吸收不完全，通过50m高烟囱排放也不能达到排放标准，对环境有污染。

发明内容

本发明提供一种四氧化三钴的生产方法，所得四氧化三钴比表面积大、微观一致性好。

所述四氧化三钴的生产方法为，由碳酸钴或氢氧化钴在空气气氛中，400～800℃下煅烧0.5～5h，得到四氧化三钴。

作为本发明的优选方案，由碳酸钴在空气气氛中，500～800℃下煅烧0.5～3h得到四氧化三钴；或者由氢氧化钴在空气气氛中，400～700℃下煅烧0.5～5h得到四氧化三钴。

申请人发现，通过将反应温度控制在上述范围内，煅烧较短时间，就可以反应充分，得到比表面积大(大于8m²/g)、活性高的四氧化三钴产品，与碳酸锂反应后的钴酸锂产品残余的碳酸锂少，产品的pH值＝10.5-11，电性能方面容量高2-10％。

作为本发明的优选方案，所述煅烧在回转窑炉内进行，所述回转窑炉的炉管外侧设置有电加热元件。

回转窑是指旋转煅烧窑(俗称旋窑)。回转窑按处理物料不同可分为水泥窑、冶金化工窑和石灰窑，是一个有一定斜度的圆筒状物，斜度为3～3.5％，物料由给料机送入炉管，借助窑的转动来促进物料在炉管内搅拌，使物料互相混合、接触进行反应。物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动，最后由出料口出料。窑头一般喷煤燃烧产生大量的热，热量以火焰的辐射、热气的对流、窑砖(窑皮)传导等方式传给物料；也可采用电加热方式，这时需要在炉管外侧设置电加热元件。