[发明专利]一种大颗粒球形四氧化三钴的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大颗粒球形四氧化三钴的制备方法，属于氧化钴制备技术领域。

背景技术

四氧化三钴是制备锂离子二次电池正极材料钴酸锂的主要原料。一直以来，研究者都在致力于制备球形大颗粒四氧化三钴作电极原料，这是由于大颗粒四氧化三钴制备的钴酸锂颗粒粒径大、比表面积小，所制作的钴酸锂电极与电解液的实际接触面积小，不易发生氧化还原反应，从而降低了电极材料的消耗；而且，球形四氧化三钴制得的钴酸锂为球形或类球形颗粒，这种形状的钴酸锂颗粒的振实密度和压实密度高，所压制钴酸锂电极的能量密度高，能够显著提高电池性能。如中国专利文献CN101200308A公开了一种电池用四氧化三钴的制备方法，包括：1）制备浓度为50-150g/L的钴溶液；2）向上述钴溶液中按钴质量的0.05-10%加入氨水、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚乙二醇（PEG）1000、水溶性淀粉中的至少一种形成络合钴盐溶液；3）使用碳酸氢铵或碳酸铵配制成80-230g/L的沉淀剂溶液；4）将络合钴盐溶液和超过理论当量10-30%的沉淀剂溶液，采用并流加料法加入反应釜，控制反应温度为30-90度、pH=5-9、搅拌速度为400-2000rpm，最终形成前驱体；5）上述前驱体经过滤、洗涤、干燥、焙烧后得到电池用四氧化三钴。

上述技术采用络合钴盐和沉淀剂并流法一定程度上提高了四氧化三钴颗粒的均匀性和球形度；但是得到的四氧化三钴颗粒球形度仍然不够，导致其振实密度和压实密度偏低，所压制的钴酸锂电极能量密度低；同时，上述四氧化三钴颗粒粒径小、比表面积大，由其制作的钴酸锂电极与电解液的实际接触面积大，钴酸锂电极容易与电解液发生反应，导致电极材料被大量消耗，锂离子二次电池的性能降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中通过沉淀-热分解法制备得到的电池用四氧化三钴由于球形度不够和粒径小，由其制备得到的钴酸锂电极能量密度低以及容易与电解液之间发生反应，从而导致制备得到的锂离子二次电池能量密度低和电极材料易消耗的问题；进而提出一种提高锂离子二次电池能量密度和降低电极材料消耗的大颗粒球形四氧化三钴的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种大颗粒球形四氧化三钴的制备方法，其包括：

（1）将络合剂与还原剂混合制备形成混合溶液；

（2）将钴盐溶液、沉淀剂溶液和所述混合溶液在pH值9-12、温度40-70℃条件下共同搅拌混合，搅拌速度为700-1500r/min，得到前驱体；

（3）将所述前驱体洗涤、过滤后，在500-800℃焙烧3-6h即可。

所述搅拌速度为900-1200r/min。

步骤（2）中共同搅拌混合时，所述钴盐溶液的流量为100-250L/h，所述沉淀剂溶液的流量为50-150L/h，所述混合溶液的流量为10-50L/h。

所述混合溶液中络合剂的含量为0.3-5mol/L，所述混合溶液中还原剂的含量为0.05-0.2mol/L。

以钴离子的摩尔量计，所述钴盐溶液的浓度为1-2mol/L。

所述沉淀剂溶液的浓度为4-8mol/L。

所述络合剂为乙二胺、EDTA、酒石酸、柠檬酸、草酸和氨水中的一种或几种的混合；所述还原剂为水合肼溶液或硫代硫酸钠。

所述钴盐为硫酸钴和氯化钴的一种或两种的混合。

所述沉淀剂为氢氧化钠和氢氧化钾的一种或两种的混合。

在上述制备方法的基础上，还包括将步骤（3）所得物质的磁性异物含量去除至300ppb以下。

本发明与现有技术方案相比具有以下有益效果：