[发明专利]一种四氧化三钴及其制备方法和锂离子电池

说明书

本申请提供一种四氧化三钴及其制备方法和锂离子电池，该四氧化三钴中的铝元素分布均匀，掺铝质量百分比高达0.8～5％，有利于提高由该四氧化三钴制备正极材料制备得到的锂离子电池的循环性能；并且该四氧化三钴的振实密度与粒度D50的比值至少为0.60g/cmsupgt;3/supgt;·μm，可使以该四氧化三钴为前驱体制备的正极材料填充性更优异。

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种四氧化三钴及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池广泛利用在各种移动设备上，特别是钴酸锂电池应用极为广泛。如今手机、平板等电子设备对电池的循环寿命、稳定性及安全性等性能要求越来越高，因此对钴酸锂也有着更高的要求。四氧化三钴作为制备钴酸锂的原料之一，其元素分布均匀性对最终钴酸锂的性能有着极为重要的影响。

现阶段，通过湿法碳酸体系制备高掺铝碳酸钴样品进而烧结成四氧化三钴再制备为钴酸锂较多，但在合成碳酸钴阶段，均存在掺杂氢氧化铝在碳酸钴内部分布不均的问题和球形度差的问题；随着铝掺量越高，铝元素分布不均匀问题越严重，导致烧结后的四氧化三钴的铝元素分布不均匀；同时由湿法碳酸体系制备的四氧化三钴振实密度偏低。

目前，湿法氢氧体系制备的三元/四钴前驱体材料容易实现掺杂元素与钴发生共沉淀作用，但是通过该法制备高掺铝羟基氧化钴进而烧结得到四氧化三钴产品的性能依然不够好，例如掺铝含量不够高，振实密度不够高等。

发明内容

本申请的目的在于提供一种四氧化三钴，使其掺铝含量高，铝元素分布均匀，且振实密度高。

为实现以上目的，本申请提供一种四氧化三钴，四氧化三钴的掺Al质量百分比为0.8～5％，且Al在四氧化三钴中分布均匀，振实密度与粒度D50的比值至少为0.60g/cm³·μm。

优选地，四氧化三钴的中间产物为羟基氧化钴，四氧化三钴和羟基氧化钴的一次颗粒均呈条块状，宽均在0.1～0.3μm之间，长均在0.3～1.5μm之间。

优选地，四氧化三钴和羟基氧化钴的粒度D50在2.5～5.0μm之间；粒度分布的Span值(D90-D10)/D50≤0.75。

优选地，四氧化三钴的比表面积为5～10m²/g，振实密度2.0～2.5g/cm³；羟基氧化钴的X射线衍射的(001)峰的半峰宽在0.2°～0.4°之间。

本申请还提供一种四氧化三钴的制备方法，包括：

制备混合溶液：将可溶性钴盐与有机络合剂配制成第一混合溶液，将可溶性铝盐与强碱性溶液配制成第二混合溶液；

合成反应：将第一混合溶液和第二混合溶液加入反应釜进行合成反应，得到羟基氧化钴，并检测羟基氧化钴粒度；

烧结：将达到目标粒度的羟基氧化钴烧结后得到四氧化三钴。

优选地，可溶性钴盐和可溶性铝盐包括硫酸盐、氯盐、硝酸盐中的任一钟；第一混合溶液中钴离子浓度为0.5～2mol/L、有机络合剂浓度为0.5～1.5g/L；第二混合溶液中AlO₂-离子浓度为2.4～10.9g/L、氢氧根离子浓度为0.5～2.5mol/L。

优选地，将第一混合溶液和第二混合溶液加入反应釜之前还包括：

在反应釜中加入有机络合剂和氢氧化钠溶液做反应底液，并设置反应釜的温度为50～70℃，搅拌速度≥500r/min，调节反应底液的pH值为9.8～11.3；

将第一混合溶液和第二混合溶液加入反应釜包括：

同时加入氢氧化钠溶液和双氧水溶液。

优选地，羟基氧化钴的目标粒度D50为2.5～5.0μm。