[发明专利]无定型高掺铝氢氧化钴及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了无定型高掺铝氢氧化钴及其制备方法和应用。该无定型高掺铝氢氧化钴的化学式为：Co_x(OH)₂·Al_y(OH)₃，其中，y为0.05‑0.50，x+y＝1；所述氢氧化钴的颗粒形状为片状，且所述颗粒的宽为0.02μm‑1.00μm，长为0.05μm‑5.00μm。本发明提供的无定型高掺铝氢氧化钴具有铝掺杂量高且元素分布均匀、粒度分布集中、颗粒分散性好、压实密度高以及一次颗粒为片状的优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地，涉及无定型高掺铝氢氧化钴及其制备方法和应用。

背景技术

在本世纪，现代工业、通讯行业迎来飞速发展，对能源的需求日益增加。对比传统能源所造成的愈发严重的环境问题，作为新能源之一的电能有良好的环境友好性，而锂离子电池已广泛应用于各种移动设备。对于现在的通讯及智能穿戴设备，钴酸锂电池应用极为广泛。

如今，3C数码等电子设备对电池的容量、循环寿命、稳定性及安全性等性能要求越来越高，从而对钴酸锂的要求也愈发苛刻。四氧化三钴作为制备钴酸锂的前驱体之一，其的物化指标及品质性能对最终钴酸锂的性能有着极为重要的影响。

现阶段，大部分钴酸锂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制备得到，但此方法制备的四氧化三钴存在压实密度低、掺杂元素不均匀等问题，从而导致合成的钴酸锂性能不稳定，影响最终电池容量、循环性能下降。

β-氢氧化钴价格低廉、环境友好，是一种重要的电化学活性材料。例如，其作为超级电容器电极时，具有高达3670F/g理论比容量，β-氢氧化钴还可以作为制作各种传统钴金属氧化物、硫化物、钾离子电池用钴酸钾材料的前驱体，在系列材料制备产业链中占据重要地位。

氢氧化钴作为电极活性物质，在化学反应过程中，存在物质转化破坏、稳定性下降的问题，借助一定量Al元素掺杂的β-氢氧化钴材料能够很好地提高其稳定性。

然而，目前制备得到的氢氧化钴材料其掺铝量较低，因此，有必要提供一种高掺铝的氢氧化钴材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的氢氧化钴材料掺铝量低的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种无定型高掺铝氢氧化钴，该无定型高掺铝氢氧化钴的化学式为：Co_x(OH)₂·Al_y(OH)₃，其中，y为0.05-0.50，x+y＝1；所述氢氧化钴的颗粒形状为片状，且所述颗粒的宽为0.02μm-1.00μm，长为0.05μm-5.00μm。

本发明的第二方面提供一种制备无定型高掺铝氢氧化钴的方法，该方法包括：

(1)在水I的存在和氮气保护下，将钴源、铝源、还原剂I、碱溶液接触以进行合成反应，得到混合物I；

(2)将所述混合物I依次进行洗涤、干燥，得到所述无定型高掺铝氢氧化钴；

其中，所述氮气的含量使得所述合成反应过程中氧含量为1.0-3.0wt％，且控制所述合成反应过程中的pH值为11.50-14.00。

本发明的第三方面提供一种由前述第一方面中所述的方法制备得到的无定型高掺铝氢氧化钴。

本发明的第四方面提供一种前述第一方面和/或前述第三方面中所述的无定型高掺铝氢氧化钴在制备锂离子电池中的应用。

本发明提供的无定型高掺铝氢氧化钴具有铝掺杂量高且元素分布均匀、粒度分布集中、颗粒分散性好、压实密度高以及一次颗粒为片状的优点。

本发明提供的制备无定型高掺铝氢氧化钴的方法至少具有以下优点：