[发明专利]一种磷酸钴粉体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次正极材料领域，特别涉及一种磷酸钴粉体材料的制备方法。

背景技术

从1991年日本索尼公司成功开发出锂离子电池以来，经过二十多年发展，锂离子电池已经被广泛运用于各个领域，如3C类电子产品、电动车、储能等。

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，因具有能量高、使用寿命长、低污染等特点，其中，正极材料是锂离子电池的重要组成部分，在锂离子电池结构中占据着最重要的地位，其性能的优劣直接决定了最终二次电池产品的性能，且它的性能和价格会直接影响到锂离子二次电池的性能和价格。

随着产品的升级换代，产品制造厂商对锂离子电池的能量密度要求越来越高。通过采用高电压正极材料，如LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiCoPO₄、LiMnPO₄、LiNiPO₄等，可以显著提高锂离子电池能量密度。其中，当LiCoPO₄作为锂离子电池使用的正极材料时，理论容量为167mAh/g，对锂电极电位为4.8v～4.9v，并且LiCoPO₄的晶体具有有序的橄榄石型结构，属于正交晶系，安全性能好，有望成为新一代高容量，高电压，高安全的正极材料。

合成前驱体的原料磷酸钴的性能对锂离子电池正极材料的电性能如充放电容量、循环寿命、加工性能等有重要影响。特别提到的是，锂电池级磷酸钴除了要求严格的化学成分外，对粒度分布等物理指标也有严格的要求，但是经过调研，关于磷酸钴的合成方法的方面的详细资料较少，亦缺乏对粒度和形貌控制的研究资料。

目前，常见磷酸钴主要有以下两种合成方法：

一种是可溶性钴盐与磷酸盐反应生成磷酸钴沉淀，该方法虽然成本低廉，但是杂质含量高；

另一种是将焦磷酸钴的水合物和水放在密封管中加热至250℃从而制备得到，缺点在于产率低、成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过将可溶性钴盐和可溶性磷酸盐反应得到沉淀物磷酸钴后，用氨水将反应体系调节至中性，然后将反应体系抽滤，洗涤，干燥，研磨，筛分后得到磷酸钴粉体材料，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供一种磷酸钴粉体材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将可溶性钴盐加入到容器Ⅰ的水中，配制成水溶液A，将可溶性磷酸盐加入到容器Ⅱ的水中，配制成水溶液B，其中，

所述可溶性钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或多种，

所述可溶性磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾中的一种或多种；

2)将容器Ⅱ中的水溶液B加入到容器Ⅰ中的水溶液A中，在20～80℃的温度条件下反应，反应完成后，反应温度不变，加氨水调节反应体系，使得反应体系呈中性，其中，

所述水溶液B的加入量为使得水溶液B中的磷酸根的摩尔量与水溶液A中的钴元素的摩尔量之比为PO₄^3-：Co＝2:3；

3)将步骤2)中得到的反应体系经过抽滤、洗涤、干燥、研磨、筛分后得到磷酸钴粉体材料，其中，用水进行洗涤。

本发明的另一目的在于提供一种由本发明提供的制备方法得到的硫酸钴粉体材料，其中，

所述磷酸钴的中位径为1～25微米，磷酸钴中钠元素的含量为0～100ppm，镁元素的含量为0～100ppm，钙元素的含量为0～100ppm。

本发明的再一目的在于提供一种由本发明提供的制备方法得到的磷酸钴用于制备锂离子电池正极材料LiCoPO₄的用途。

本发明提供的一种磷酸钴正极材料的制备方法，该制备工艺简单，操作方便，成本低，适于大规模的产业化生产，更为重要的是，由该方法获得的产物磷酸钴中的杂质含量低，能够作为原料应用在锂离子电池正极材料LiCoPO₄的制备中，从而能够提高正极材料的充放电容量、循环寿命、加工性能，另外，由该制备工艺得到的磷酸钴粉体材料的形貌和粒度可控，从而满足不同电池材料的需求。

附图说明

图1示出由实施例1所得的磷酸钴粉体材料的扫描电镜图；

图2示出由实施例3所得的磷酸钴粉体材料的扫描电镜图；

图3示出由实施例1所得的磷酸钴粉体材料的粒度分布图；

图4示出由实施例3所得的磷酸钴粉体材料的粒度分布图；