[发明专利]一种高振实电池级四氧化三钴的制备方法

说明书

本发明公开了一种高振实电池级四氧化三钴的制备方法。包括以下步骤：将沉淀剂溶液与晶种同时加入到反应容器中；用反加料法将钴溶液加入到反应容器中，制备得到钴盐前驱体；再洗涤后脱水，使滤饼的含水量＜25％；送入煅烧炉煅烧后再进行分级过筛，得到高振实、类球形的电池级四氧化三钴，进一步除磁去除磁性金属异物，控制磁性金属异物的含量在1ppm以下，从而得到高品质的电池级四氧化三钴。所得到的类球形电池级四氧化三钴具有高振实、化学纯度高、原料适应性范围大、晶粒大小易控制、粒度组成均匀、一致性好、磁物含量含量少的特点，同时工艺简单，易操作，成本低，产品质量稳定，节能环保，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，尤其涉及一种高振实电池级四氧化三钴的制备方法。

背景技术

具有尖晶石结构的四氧化三钴，其中Co(Ⅱ)离子四面体被氧原子包围，Co(Ⅲ)离子八面体被氧原子包围。四氧化三钴是一种重要的无机功能粉体材料，其颗粒的大小和形貌对其物理化学性能有显著的影响。但是目前大部分厂商制备的四氧化三钴粒度分布宽、密度低，并且杂质含量高，品质低。锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。近年来，随着小型可移动电源及动力汽车电源需求的进一步增长，为锂离子电池工业的发展创造了良好的机遇。锂离子电池行业的快速发展带动了其正极材料如：钴酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂等钴系正极材料的发展，因此对锂离子电池的钴系正极材料的需求也大幅增长。四氧化三钴是锂离子电池正极材料钴酸锂的原料。由于钴系正极材料的化学成份和物理性能的特殊要求，其原材料四氧化三钴的化学成份和物理性能对如钴酸锂等的正极材料的电化学性能影响极大。一般要求四氧化三钴为球形或类球形，粒度分布均匀。

传统的方式是采用沉淀-热分解的工艺路线来制备电池级四氧化三钴。该方法是将可溶性钴盐通过沉淀后生成不溶性钴盐，然后热分解制得四氧化三钴。传统方法生产的四氧化三钴形态无定形，粉体颗粒粒度范围较广且不均匀，使其生成的正极材料的振实密度低，因而导致电池体积大，因此无法满足现在的锂离子电池工业的发展的要求；同时传统方法在形貌控制及杂质控制要求较高，原辅材料适应性较窄。

因为四氧化三钴产品的粒度分布、密度、微观形貌与其前驱体的粒度和颗粒结晶度有很大影响，所以在制备其前驱体钴盐的过程中对各种操作条件的控制也很重要，部分工艺方法较为复杂，同样不能有效控制磁性金属异物的含量，继而造成电池一致性差、电化学性能差、安全性能差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高振实、化学纯度高、原料适应性范围大、晶粒大小易控制、粒度组成均匀、一致性好、磁物含量含量少的类球形电池级四氧化三钴的制造方法。

为实现上述目的，本发明提供一种高振实电池级四氧化三钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

钴盐前驱体的制备：将沉淀剂溶液与晶种同时加入到反应容器中；用反加料法将钴溶液加入到反应容器中，优选的，按钴溶液中的钴∶沉淀剂溶液中的沉淀剂的摩尔比为1.0∶(2.5～4.0)；控制反应温度为30℃～60℃，搅拌速度为30rpm～500rpm，沉淀时间300～600min，制备得到钴盐的沉淀物即为钴盐前驱体；

脱水：将所述钴盐前躯体用30～80℃去离子水洗涤后脱水，使滤饼的含水量＜25％，以利于后续煅烧的振实、BET和形貌指标；

煅烧：将脱水后的钴盐前驱体送入煅烧炉，采用连续进料、同步脱水煅烧的方式进行煅烧；

分级过筛：将上述得到的煅烧产物进行分级过筛，得到高振实、类球形的电池级四氧化三钴，所述电池级四氧化三钴的粒度为D10≥4μm，D50：10.0～18.0μm，D97≤40μm，一致性：0.2～0.6；

除磁：将上述步骤得到的电池级四氧化三钴通过除磁去除磁性金属异物，控制磁性金属异物的含量在1ppm以下，从而得到高品质的电池级四氧化三钴。