[发明专利]一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法及应用，涉及锂电池技术领域。通过络合控制结晶法获得氢氧化钴浆液，然后通过电化学腐蚀原理制得氢氧化钴。该氢氧化钴的粒径为6～20μm，具有微观裂纹结构。微观裂纹结构有利于沉淀过程包夹其中的阴离子杂质的释放，使得阴离子杂质含量达到100ppm以下。以该氢氧化钴为原料获得的钴酸锂正极材料，阻抗性能和倍率性能均得到有效改善。

技术领域

本发明涉及锂离子材料技术领域，且特别涉及一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法和应用。

背景技术

氢氧化钴在工业上具有广泛的应用，其是制备锂离子正极材料-钴酸锂的重要原材料之一，也可用于制备超级电容器的电极材料。同时氢氧化钴也可以应用于加工醋酸钴、环烷酸钴等产品，或者应用于磁性材料、电子工业领域、陶瓷工艺等领域，是钴的新材料之一。

为了实现大规模生产，降低材料成本，工业上氢氧化钴合成通常以钴的硫酸盐或氯盐作为钴源在反应容器中合成氢氧化钴。采用常规工艺合成的氢氧化钴在合成过程容易形成絮状沉淀，从而形成絮状、片状或疏松的菜花状结构，这一类的氢氧化钴流动性差，加工性能较劣。一些研究通过控制氢氧化钴合成的结晶过程，可以得到球形度高、致密度和流动性好，便于加工的氢氧化钴，但氢氧化钴内部致密度提高会导致合成过程包夹的母液阴离子杂质难以去除，一方面在后续煅烧、烧结过程中容易对设备造成腐蚀，另一方面遗留在钴酸锂正极材料中影响最终锂离子电池性能的发挥。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴、其制备方法和应用。

本发明的第一方面提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴，所述氢氧化钴的一次粒子具有微观裂纹结构，且所述氢氧化钴的阴离子杂质含量小于100ppm。

进一步地，在公开的一个实施例中，所述氢氧化钴的粒径D50为 6～20μm。

本发明的第二方面提供一种具有微观裂纹结构的氢氧化钴的制备方法，包括以下步骤：

合成步骤：以钴溶液、沉淀剂和络合剂为原料，通过络合控制结晶法获得氢氧化钴浆液；

腐蚀步骤：在所述氢氧化钴浆液中通入氧化剂，调节pH值和反应温度，进行电化学吸氧反应，控制所述氢氧化钴浆液中的亚钴离子达到预设氧化率后，停止通入氧化剂并阻断电化学吸氧反应，得到腐蚀浆液；

成型步骤：对所述腐蚀浆液进行洗涤、分离、干燥，得到所述氢氧化钴，所述氢氧化钴的一次粒子具有微观裂纹结构。

进一步地，在公开的一个实施例中，所述腐蚀步骤中，亚钴离子的预设氧化率为25％～88％，所述氧化率为所述腐蚀浆液中三价钴离子含量与所有钴离子含量比值。

进一步地，在公开的一个实施例中，所述腐蚀步骤中，所述氧化剂选自空气、纯氧和双氧水中的一种或多种。

进一步地，在公开的一个实施例中，所述腐蚀步骤中，通过加入碱液调节所述氢氧化钴浆液的碱度达到0.1～5mol/L。

进一步地，在公开的一个实施例中，所述腐蚀步骤中，反应过程中进行持续搅拌，搅拌速度为100～600rpm。

进一步地，在公开的一个实施例中，所述合成步骤包括：在搅拌状态下，加入沉淀剂溶液和络合剂溶液至混合溶液的pH达到10～12后，加入钴溶液，并连续加入沉淀剂溶液，维持反应过程的pH为10～12。

进一步地，在公开的一个实施例中，所述合成步骤的反应时间为 60～300h，反应温度为35～70℃，搅拌速度为100～600rpm。

本发明的第三方面提供一种钴酸锂活性材料，根据如上所述的制备方法获得氢氧化钴，将所述氢氧化钴和锂源混合后，烧结得到所述钴酸锂活性材料。