[发明专利]一种掺杂钴酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池正极材料的改性钴酸锂的制备方法。

背景技术

自1992年日本索尼公司成功将锂离子电池商品化后，锂离子电池凭借其工作电压高、能量密度高、循环寿命长。自放电低、无污染、安全性能好等独特的优势，已广泛用作移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源并在航天、航海、人造卫星、小型医疗仪器及军用通讯设备中逐步发展成为主流应用的能源电池。

钴酸锂是目前商业化锂离子电池的主要正极材料。但钴酸锂实际比容量只有140mAh./g左右，仅为其理论容量（274mAh./g）的50%左右；且钴酸锂的抗过充性能较差，在较高充电电压下比容量迅速降低。为克服钴酸锂存在的问题，人们研究采取了多种改性措施和方法。研究证明，在提高正极材料性能，特别是循环性能方面，掺杂是最有效的方法之一，掺杂不仅可以提高晶格的稳定性，而且可以大幅度的提高材料的循环性能。

现有的掺杂钴酸锂生产工艺主要是将掺杂元素氧化物、四氧化三钴、碳酸锂混合，研磨、高温煅烧。这种方法不但能耗高，而且制备的钴酸锂产品中元素分布不均匀，一致性差，不能满足电池行业对掺杂钴酸锂的要求。

中国发明专利CN200710065340.2，公开了“超大粒径和高密度钴酸锂及其制备方法”，具体是将将钴化合物、锂化合物，或同时与少量掺杂元素化合物混合，经950~1100℃高温烧结3~30小时，形成块体烧结产物，再经过破粉碎和分级后得到钴酸锂粉体材料(分子式是LiaCo1-bMbO2)。此专利需经过长时间的混料，制备工艺与本申请专利明显不同。中国发明专利CN201210011485.5，公开了“一种掺杂Ti、Mg、Al的球形钴酸锂的制备工艺”，具体是将钴盐混合溶液和碳酸氢铵溶液沉淀反应，球形碳酸钴经一次焙烧后得到四氧化三钴，四氧化三钴配锂源经二次焙烧得到掺杂Ti、Mg、Al球形钴酸锂。此种专利中制备掺杂钴酸锂的工艺与本申请专利明显不同。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是提供一种掺杂钴酸锂的制备方法。

为了满足上述目的，本发明的技术方案为：

一种掺杂钴酸锂的制备方法，具体步骤为：

a、配制A溶液

以钴盐、锂盐为原料，配制成钴浓度为1～2mol/L的锂钴混合溶液A，且锂钴摩尔比为1：1～1：4；

b、配制B溶液

配制浓度为1～2mol/L的碳酸氢铵溶液B，且B中碳酸氢氨浓度与A中锂摩尔浓度相同；

c、配制C溶液

配制浓度为4.9～39.1g/L的掺杂元素可溶盐溶液C；

d、配制D溶液

配制浓度为2～8mol/L的氢氧化钠溶液D；

e、配制E溶液

配置浓度为1～5mol/L的双氧水溶液E；

f、合成反应

合成反应开始时，同时将A溶液、C溶液、B溶液、D溶液并流加入反应釜中，在搅拌强度为200～500转/分钟下进行反应，制备得到掺杂元素均匀分布的氢氧化钴与碳酸锂混合物，反应温度为50～80℃，B溶液的流速为A溶液流速的0.5～0.7倍， C溶液流速为A溶液流速的0.1倍，调节D溶液流速控制反应pH值, 反应过程中反应pH值为8～10，合成时间为8～40h；

g、氧化反应

合成结束后，再将D、E溶液以一定的流速加入反应釜中，在搅拌强度为200～500转/分钟下将氢氧化钴沉淀氧化成羟基氧化钴，反应温度为60～80℃，氧化时间为1～2h，E溶液加入量为A溶液加入量的0.2～0.5倍，调节D溶液流速控制反应pH值, 反应过程中反应pH值为10～11；

h、过滤、洗涤及干燥

反应完成后将物料进行过滤，洗涤，干燥，得到掺杂钴酸锂前驱体产品；

i、煅烧

将步骤(h)的产物煅烧，得到掺杂钴酸锂产品。

优选的，所述步骤(a)中，所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的一种或几种混合物，所述锂盐为硝酸锂和氯化锂中的一种或两种混合物。

优选的，所述步骤(c)中，所述掺杂元素可溶盐为Mg、Al、Mn、Cu、Cr、Zr、Ce、Y、Nb、Ni中的一中或几种氯化物或硝酸物。

优选的，所述步骤(h)中，所述洗涤物料采用的是80～100℃的去离子水，干燥物料的温度为100～400℃。

优选的，所述步骤(i)中，所述煅烧条件为在空气气氛下，煅烧温度为800℃～1000℃，煅烧时间为4～20h。