[发明专利]一种球形草酸钴的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种球形草酸钴的制备方法及其应用，首先将草酸溶液逐滴滴入含有十六烷基三甲基溴化铵的醋酸钴溶液中，边滴加边搅拌，然后将前驱体水热一段时间，再经洗涤、干燥即可得到形貌规则、粒径为1～1.2μm的均匀球形草酸钴，它在0.1A/g电流密度下的比容量高达1029mAh/g，在0.5A/g下循环350圈后仍有609mAh/g的比容量，是一种有应用潜力的锂离子电池负极材料。所公开的方法简单，球形草酸钴的形貌和粒径易于控制，且有望将废弃锂电池中的钴离子用草酸溶液提取后变废为宝，具有较大的工业应用潜力和经济价值。

技术领域

本申请涉及草酸钴制备领域，具体是指一种球形草酸钴的制备方法及其应用。

背景技术

目前，节能环保的电动汽车受到了越来越多的关注。电动汽车的核心在于电池，更确切地说在于锂离子电池材料。目前商用石墨作为锂离子电池负极材料理论比容量只有372mAh/g，无法满足电动汽车对更高能量密度的需求，因此亟需开发一种容量更高、使用寿命更长和成本更低的新锂离子电池材料。

过渡金属草酸盐具有易制备、低成本和高理论容量等优点，是一种新型高性能锂离子电池负极材料，其容量远远超出现用石墨负极。在废弃的钴酸锂电池回收过程中，草酸通常作为沉淀剂来回收LiCoO₂中的钴元素以得到草酸钴沉淀。草酸钴颗粒在形成过程中成核速度快，亚稳态的晶核颗粒小、表面能高，易发生聚集形成不规则形状，从而影响了它的储锂性能。例如，文献上(Journal of AlloysCompounds,2015,638,324-333；Journal ofElectroanalytical Chemistry,2010,642,143-149)报道的块状或棒状的草酸钴结构不稳定，比容量和循环寿命较差，难以作为电极材料直接应用于锂离子电池上。

球形颗粒具有填充密度高、比表面积大等优点，在锂离子电池领域有更加广阔的应用前景。

通过检索，中国专利公开号101570478A公开了球形草酸钴粉体及其制备方法，该技术方案是通过将草酸钾与水溶性钴盐分别加水溶解得到草酸钾溶液与钴盐溶液；然后控制草酸钾溶液与钴盐溶液的温度相同，快速将草酸钾溶液加入钴盐溶液中，恒温搅拌促使混合溶液发生沉淀反应，制备的球形草酸钴，其技术方案所制备的球形草酸钴粒径为0.5～20μm，颗粒形貌和尺寸差异大，材料重复性不好，未能直接作为锂离子电池负极材料。

因此，如何精确调控草酸钴颗粒的形貌、结构和尺寸，使之成为一种具有较高比容量和较优循环寿命的锂离子电池负极材料，具有十分重要的意义，也是本发明进行的动力所在。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种球形草酸钴的制备方法及其应用。

为实现上述目的，本发明的第一个方面是提供一种球形草酸钴的制备方法，其技术方案是包括以下步骤：

S1：配制醋酸钴溶液，向其中加入形貌调控剂，该形貌调控剂为十六烷基三甲基溴化铵；

S2：设置平流泵的体积流量，将草酸溶液通过平流泵以一定速度逐滴滴入步骤S1所配置的醋酸钴溶液中，直到pH为3.5～4.5，发生沉淀反应，得到悬浮液；

S3：将所述悬浮液进行水热处理，然后再经洗涤、干燥得到球形草酸钴粉体。

进一步设置是所述的醋酸钴溶液的浓度为0.033mol/L。

进一步设置是所述的草酸溶液的浓度为0.25～0.35mol/L。

进一步设置是所述的十六烷基三甲基溴化铵添加量：每0.00825摩尔的醋酸钴添加2-4g计。

进一步设置是所述的平流泵将草酸溶液以2-15mL/min的速度滴加到步骤S1所配置的醋酸钴溶液中。

进一步设置是所述步骤S3的水热处理具体为：140～180℃下水热12～20h。