[发明专利]一种掺铌钨钽四氧化三钴的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺铌钨钽四氧化三钴的制备方法，属于锂离子电池技术领域。该方法以一定浓度的钴溶液为钴源，氢氧化钠溶液为沉淀剂，氨水溶液为络合剂，水合肼溶液为还原剂，铌钨钽氯化物无水乙醇溶液为掺杂剂进行合成反应，反应过程中，通过分散加液方式将铌钨钽氯化物无水乙醇溶液加入反应釜中参与反应；合成反应结束后在一定pH值条件下，利用双氧水溶液将合成产物氧化成羟基氧化钴，然后将混合物洗涤、干燥、煅烧，得到掺杂元素均匀分布的掺铌钨钽四氧化三钴产品，生产效率高。采用本发明方法制备出的掺铌钨钽四氧化三钴产品掺杂量为0.5‑1%，且掺杂元素均匀分布，激光粒度为15‑20µm，振实密度≧2.5g/cm³，比表面积1.0‑3.0m²/g，呈块状或类球形形貌。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体是一种用于制备锂离子电池正极材料钴酸锂的掺铌钨钽四氧化三钴的制备方法。

背景技术

以钴酸锂为正极材料所制备的锂离子电池具有重量轻、容量大、比能量高、工作电压高、放电平稳、适合大电流放电、循环性能好、寿命长等特点，主要应用于3C数码领域。

钴酸锂正朝着高电压、高压实、高循环性能的方向发展，因此，对原材料四氧化三钴的要求也越来越高。Co₃O₄是一种具有特殊结构和性能的功能材料，常规Co₃O₄市场已经面临逐步萎缩的现状，大粒度、掺杂Co₃O₄的市场需求逐步凸显。研究如何制备高性能大粒度掺杂四氧化三钴已经成为热点。

中国发明专利（201510881580.4）公开了“一种大粒径高密度球形四氧化三钴的制备方法”，具体方法是将在碳酸钴合成阶段通过多次循环结晶制得的碳酸钴，通过分段式热分解，在低温预分解阶段使碳酸钴局部分解，形成微孔通道，在高温热分解阶段，颗粒表面致密化，从而制备得到大粒径高密度球形四氧化三钴。该方法在碳酸钴合成阶段需要多次循环结晶，过程繁琐，不利于工业化生产。

针对上述技术问题，公开号为CN 106587170 A的中国发明专利公开了“一种体相掺杂稀土元素的四氧化三钴制备方法”，该方法通过湿法合成出掺杂元素的沉淀物，再将氢氧化钴氧化为羟基氧化钴，最后经过煅烧，得到体相掺杂四氧化三钴产品。但该方法在用于制备掺高价态、大原子量元素铌、钨、钽四氧化三钴时，存在铌、钨、钽氯化物作为湿法掺杂剂容易水解的问题，造成铌、钨、钽元素与钴沉淀不均匀，从而导致四氧化三钴中掺杂元素分布不均匀的问题。另外，钴的化合物非常容易氧化，氧化后的钴化合物会妨碍合成产物的快速生长，因此，该方法还存在生产效率较低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述已有技术的不足，提供一种生产效率高、四氧化三钴内部掺杂元素分布均匀的掺铌钨钽四氧化三钴的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：以一定浓度的钴溶液为钴源，氢氧化钠溶液为沉淀剂，氨水溶液为络合剂，水合肼溶液为还原剂，铌钨钽氯化物无水乙醇溶液为掺杂剂进行合成反应，反应过程中，通过分散加液方式将铝盐无水乙醇溶液加入反应釜中参与反应；合成反应结束后在一定pH值条件下，利用双氧水溶液将合成产物氧化成羟基氧化钴，然后将混合物洗涤、干燥、煅烧，得到掺杂元素均匀分布的掺铌钨钽四氧化三钴产品。具体包括以下步骤：

a、溶液的配制

以钴盐为原料，配制成钴浓度为1-2mol/L的钴溶液为A溶液；配制浓度为2-6mol/L的氢氧化钠溶液为B溶液；配制浓度为5-10mol/L的氨水溶液，且每升氨水溶液中加入5-20mL体积分数为30%的水合肼溶液为C溶液；配制浓度为5-10mol/L的双氧水溶液为D溶液；配制浓度为4-8g/L的掺铌钨钽氯化物无水乙醇溶液为E溶液；

b、合成反应