[发明专利]一种铝掺杂类球形四氧化三钴及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铝掺杂类球形四氧化三钴及其制备方法与应用，所述制制备方法包括以下步骤：S1、将可溶性铝盐溶液与第一沉淀剂溶液混合后反应制得含有无定型氢氧化铝的乳浊液；S2、将上述操作制得的含有无定型氢氧化铝的乳浊液、可溶性钴盐溶液、第二沉淀剂溶液和添加剂并流加入到反应容器中，使其共沉淀反应生成铝掺杂四氧化三钴前驱体，其中，反应过程中反应体系的pH值为7.2～7.5，反应温度为40～50℃；S3、将上述铝掺杂四氧化三钴前驱体煅烧即得。该制备方法操作简便，生产工艺简单，可控性好，具有良好的工业化生产应用前景，通过本发明方法制得的四氧化三钴粒径呈正态分布且材料振实密度在2.40g/cm³以上。

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，具体涉及一种铝掺杂类球形四氧化三钴及其制备方法与应用。

背景技术

随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。由于锂离子电池中不含金属态的锂，并且是可以充电的，当前在商品化电池中以锂离子电池为主。

四氧化三钴在锂离子电池领域的应用主要是作为钴酸锂的原料，它的性能是影响钴酸锂电化学性能的关键因素。但传统的钴酸锂在充电过程中，由于锂离子的脱出，晶格会发生改变，限制了材料的容量。因此，如何进一步提高电池容量，特别是锂电池在高电压下的充放电性能，便成为当下需要解决的重要问题。研究表明，对材料进行部分元素掺杂(如铝元素)不仅能够提高主体材料晶格的稳定性，而且还可以大幅度提高电池材料的循环性能。铝元素掺杂是常见的掺杂元素之一。

现有技术中，制备铝掺杂四氧化三钴通常采用的是固相高温煅烧法或者液相共沉淀法。其中，固相高温煅烧法由于存在能耗高、对设备要求高、煅烧工艺复杂、体相掺杂不均一等缺陷，因此，其应用范围有限。液相共沉淀法是制备电池材料前驱体的常用方法之一，该方法重现性好且能耗相对较低。但由于各类元素的溶度积不同，导致沉降速度差异过大，致使掺杂元素在主体材料中分布不均匀。中国发明专利申请文件CN 201810066172.7公开了一种铝掺杂四氧化三钴及其制备方法与应用，具体公开了先将铝盐与络合剂混合得到溶液后，再将钴盐溶液、含碳酸根离子的沉淀剂溶液和上述混合液采用并流的方式加入到反应装置中，共沉淀得到铝掺杂碳酸钴；将上述铝掺杂碳酸钴煅烧，即可得到所述铝掺杂四氧化三钴。该方法通过并流进料的方式克服了常规液相共沉淀法制备铝掺杂四氧化三钴的过程中各类元素沉降速度差异大的问题。然而，该方法制得的四氧化三钴的振实密度较低，且粒径均一性较差，影响其电化学性能。而四氧化三钴产品的粒度分布和振实密度与电池的一致性和电化学性能密切相关。基于此，找出一种振实密度较高、粒径均一且循环性能好的铝掺杂四氧化三钴具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种粒径均一且循环性能好的铝掺杂类球形四氧化三钴的制备方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种上述方法制得的铝掺杂类球形四氧化三钴。

本发明所要解决的第三个技术问题是：提供上述铝掺杂类球形四氧化三钴的应用。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种铝掺杂类球形四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：

S1、将可溶性铝盐溶液与第一沉淀剂溶液混合后反应制得含有无定型氢氧化铝的乳浊液；

S2、将上述操作制得的含有无定型氢氧化铝的乳浊液、可溶性钴盐溶液、第二沉淀剂溶液和添加剂并流加入到反应容器中，使其共沉淀反应生成铝掺杂四氧化三钴前驱体，其中，反应体系的pH值为7.2～7.5，反应温度为40～50℃；

S3、将上述步骤S2制得的铝掺杂四氧化三钴前驱体煅烧制得铝掺杂类球形四氧化三钴。

进一步地，通过第一沉淀剂将反应体系的pH值控制在7.0～8.0之间。