[发明专利]一种均相掺铝小粒径四氧化三钴的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池前驱体四氧化三钴制备技术领域，特别涉及一种均相掺铝小粒径四氧化三钴的制备方法。本发明方法采用复合型络合剂来平衡Cosupgt;2+/supgt;和Alsupgt;3+/supgt;在体系中的反应速率，使Cosupgt;2+/supgt;和Alsupgt;3+/supgt;能够均相共沉淀，达到掺铝均匀的目的；采用复合型络合剂，能够有效控制络合剂与金属离子的结合程度，从而降低尾液中的金属离子浓度。通过本发明方法制备得到的掺铝四氧化三钴，粒度在2.0～6.0μm，形貌类球形，振实密度在2.6～3.0g/cmsupgt;3/supgt;，Al的质量百分比为0.1～1.2％。

技术领域

本发明涉及一种高电压用锂离子电池前驱体四氧化三钴的制备方法，特别涉及一种均相掺铝小粒径四氧化三钴的制备方法。

背景技术

四氧化三钴用于制备钴酸锂正极材料，其终端应用于大容量手机、笔记本电脑、数码相机等3C类电子产品的电池。随着科技不断进步，人们的消费水平不断提高，对电子产品的续航能力，充电速率等性能要求也越来越高，锂离子电池的大容量、高倍率等主要取决于正极材料钴酸锂的性能，想提高钴酸锂的能量密度通常采用两种方式：第一掺杂其他元素如：Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn等提高充电截止电压来提高锂离子电池能量密度，第二大小颗粒四氧化三钴掺混提高压实密度来提高能量密度，其中小粒径四氧化三钴目前市场主流粒径为3～6μm，未来市场对小颗粒粒径要求会越来越小。

4.45V高电压钴酸锂前驱体为掺铝四氧化三钴，通过掺铝方式来提高充电截止电压，并通过大、小不同粒径的四氧化三钴掺混来提高能量密度。目前大、小粒径的掺铝四氧化三钴均采用湿法合成碳酸盐技术路线，经高温煅烧制备成掺铝四氧化三钴。

碳酸盐技术路线有以下几处弊端：1.采用碳酸氢铵作沉淀剂，其不稳定易分解产生氨气，影响环境；2.碳酸氢氨沉钴pH较低，且分解出的氨能一定程度络合Co²⁺，导致Co金属离子沉淀不完全，废水中金属离子浓度升高，废水处理成本增加，对环境有一定压力；3.碳酸盐体系掺铝均匀性一般，尤其是高掺铝量时铝的均匀性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种掺铝均匀且金属离子沉淀完全，废水处理成本低，环境压力小的均相掺铝小粒径四氧化三钴的制备方法。

为了达到上述目的，本发明的一种均相掺铝小粒径四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：

1、将十八水合硫酸铝和复合型络合剂一起加入到硫酸钴溶液中，搅拌均匀配成钴铝混合液；钴铝混合液中铝离子、复合型络合剂与钴离子的摩尔质量比为：(0.002～0.017)：(0.001～0.01)：1，钴离子浓度为110～150g/L；

2、向反应容器中加入底液，底液淹没搅拌桨叶，通入压缩空气，空气流量为0.7～2.1m³/h，温度为68～75℃；在400～450rpm的搅拌转速下，将步骤1配好的钴铝混合液和碱液同时加入到反应容器中，监测过程反应pH及浆料粒度，其中pH控制在10.6～11.5；

3、当浆料粒度达到目标粒度2～6μm时，停止投入钴铝混合液，继续单独投入碱液，直到浆料的pH为11.8～12.0停止加碱液；

4、采用循环冷却水将浆料降温至30～40℃，搅拌30min后将浆料过滤洗涤；

5、将洗涤后的物料放入回转窑，经700～820℃高温煅烧、除铁、振动过筛，最终得到颗粒致密、分散性好、铝分布均匀的小粒径四氧化三钴。

作为优选，所述复合型络合剂为异丙醇、甘氨酸、谷氨酸、磺酸钠、苹果酸、乙醇胺中的两种或多种；

作为进一步优选，所述复合型络合剂为异丙醇与甘氨酸复合而成；

作为进一步优选，所述复合型络合剂为谷氨酸与磺酸钠复合而成；