[发明专利]一种电池用碳酸钴的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及电池材料技术，具体涉及一种电池用碳酸钴的制备方法。

背景技术

随着社会的进步，科技的发展速度逐步加快，信息化时代的到来，更是推动着电子产品的不断更新，作为便携式电子设备的能源装置—二次电池的需求增加，现阶段的二次电池的正极材料以钴酸锂作为主导，作为钴酸锂的前驱体（碳酸钴）的品质，决定了电池材料的性能。

常规的碳酸钴生产都是采用反加法，即将钴液加入碳酸氢铵溶液中进行中和沉淀，通过对加料速度、料液温度和料液浓度的调整，来控制生成的碳酸钴的粒度分布和松装比重。

然而，在该中和沉淀过程中，由于沉淀的不断进行，体系的酸度是在不断变化的；另外，作为底液的碳酸氢铵也随着沉淀的进行在不断地消耗，而体系的体积不断地增加，从而使得碳酸氢铵浓度减小；这些情况都造成沉淀环境的不断变化，因此生成的碳酸钴在物理性能上，无法保证前后的一致性，粒度分布广，颗粒大小不均匀，外形也不规则。最终导致做出来的电池正极材料性能不一，影响电池产品的一致性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种制备大松比、粒径均匀可控、类球形的电池用碳酸钴的方法。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

现有生产碳酸钴的工艺，其整个反应都是在PH值大于7的环境下完成的，本发明人通过对现有工艺缺陷进行研究后发现，将中和沉淀反应分成两个阶段进行，并在两个阶段中对反应方式、反应体系PH以及温度等参数进行相应优化后，能取得更好的实验效果，从而提出一种电池用碳酸钴的制备方法，该制备方法具体包括如下步骤；

步骤1 中和沉淀反应

加入碳酸氢铵溶液作为底液，再加入钴液进行中和沉淀反应，至反应体系PH=6～7；

步骤2 中和沉淀反应

当步骤1的反应体系PH=6～7时，采用同时进料的方式，向步骤1的反应体系中同时加入碳酸氢铵溶液和钴液，并且加料过程中保持整个体系PH稳定在6～8之间，并监控碳酸钴颗粒的大小，待碳酸钴的颗粒平均粒度分布指标中的D50达到规定要求时，停止加料，则整个中和沉淀反应结束；

步骤3 陈化

将步骤2反应好的物料在反应槽内继续进行保温陈化后，出料过滤、烘干，则得到所需碳酸钴。

上述步骤1中，碳酸氢铵溶液的浓度为150～250g/L；钴液是指氯化钴溶液、硫酸钴溶液或硝酸钴溶液等，其浓度为以金属钴量计60～120g/L。

上述步骤1中，加入碳酸氢铵作为底液，碳酸氢铵的加入量以能刚好开启搅拌为宜。

上述步骤1中，加入碳酸氢铵作为底液，然后加入钴液进行中和沉淀反应，钴液需要缓慢加入，具体可按照2～4L/h的流量加入，控制中和沉淀反应温度为40～50℃。

上述步骤1中，中和沉淀反应的温度是发明人经过数据优化后确定的，因为发明人发现这一过程的主要任务是形成碳酸钴的晶核。发明人经过研究发现：若温度太低则颗粒的生长太慢，且形貌不好，而若温度太高，则颗粒生长太快，松比小，达不到要求，且形貌也不好，因此根据优化实验的结果，本发明步骤1中的中和沉淀反应温度采用40～50℃，在这个优化的温度范围内生产的晶核分散性好，基于这种晶核长大的颗粒形貌也好。

上述步骤2中，同时加料过程中，碳酸氢铵溶液的浓度是采用与步骤1相同的碳酸氢铵溶液浓度，钴液浓度是采用与步骤1相同的钴液浓度。

上述步骤2中，钴液的流量为步骤1中钴液流量的3/4；碳酸氢铵溶液的流量按如下计算方法计算：钴液浓度×钴液流量×（3.5～4.5）/碳酸氢铵浓度，所述钴液流量为步骤2的钴液流量。

上述步骤2中，中和沉淀反应温度为50～70℃。本发明人通过研究发现，步骤2中和沉淀反应温度比步骤1中和沉淀反应温度略高，能够更好地照顾到粒度的生长速度和粒度的形貌及致密度之间的关系。若温度太低，则颗粒生长缓慢，但形貌和致密度相对较好，若温度太高，则颗粒生产快速，但是形貌差致密度更差。因此发明人通过优化后，采用步骤2中和沉淀反应温度为50～70℃，从而很好地顾及三方面的平衡。

上述步骤2中，所述监控碳酸钴颗粒的大小，是指取样检测生产的碳酸钴的颗粒平均粒度分布指标中的D50；所述待碳酸钴的D50达到规定要求时，停止加料，是指碳酸钴的D50=6.5～15μm时，停止加料。

上述步骤2中，若碳酸钴的D50还未达到D50的要求，而反应釜已经装满物料，则停止加料，静置澄清，抽出一半的上清液之后，再继续进料反应。