一种小粒度四氧化三钴的制备方法

摘要

本发明公开了一种小粒度四氧化三钴的制备方法，其以一定浓度的钴溶液为钴源，氢氧化钠溶液为沉淀剂，氨水溶液为络合剂，双氧水溶液为氧化剂，合成开始时通过调整溶液流量的方式控制合成产物晶核数量，进而控制产品粒度，合成反应结束后，向反应釜中加入一定量的导电炭黑，陈化一段时间后，将物料过滤、洗涤、干燥，得到小粒度四氧化三钴前驱体产品，再将四氧化三钴前驱体产品煅烧，得到小粒度四氧化三钴产品。通过本发明的制备方法，能够很容易简单地制备出激光粒度在2‑4µm、振实密度大于等于2.8g/cm3、比表面积1.0‑3.0m2/g的球形或类球形四氧化三钴产品。

权利要求

1.一种小粒度四氧化三钴的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a、配液：以钴盐为原料，配制钴浓度为1-2mol/L的钴溶液，即A溶液；配置氢氧化钠和氨水的混合溶液，即B溶液，其中氢氧化钠溶液浓度为2-6mol/L，氨水溶液浓度为5-10mol/L，且混合溶液中氨水溶液与氢氧化钠溶液的体积比为0.05-0.1；配制浓度为5-10mol/L的双氧水溶液，即C溶液；

b、合成反应：同时将A溶液、B溶液、C溶液并流加入反应釜中，在强烈搅拌下进行合成反应，其中A溶液流速为300L/h，C溶液流速为A溶液流速的0.1-0.2倍，反应温度为70-80℃，反应pH值为8.0-9.0，搅拌强度为200-500转/分钟，反应时间为15-20h；

c、陈化：合成结束后，在反应釜中加入导电炭黑，在强烈搅拌下进行陈化；

d、过滤、洗涤及干燥：陈化过程结束后，将物料进行过滤、洗涤、干燥，得到小粒度四氧化三钴前驱体产品；

e、煅烧：将小粒度四氧化三钴前驱体产品煅烧，得到小粒度四氧化三钴产品。

2.根据权利要求1所述的一种小粒度四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述步骤a中钴盐为硫酸钴、硝酸钴或氯化钴中的一种或几种混合物。

3.根据权利要求1所述的一种小粒度四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述步骤c中导电炭黑的加入量为A溶液中钴质量的5%，陈化时间为1-2h，搅拌强度为200-500转/分钟。

4.根据权利要求1所述的一种小粒度四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述步骤d中洗涤物料采用的是80-100℃的去离子水，洗涤设备为抽滤缸。

5.根据权利要求1所述的一种小粒度四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述步骤d中干燥物料的温度为100-150℃，干燥设备为盘式干燥机。

6.根据权利要求1所述的一种小粒度四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述步骤e中煅烧时在推舟炉中煅烧，煅烧温度为400℃-500℃，煅烧时间为1-2h。

说明书

一种小粒度四氧化三钴的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种小粒度四氧化三钴的制备方法。

背景技术

[0002] 钴酸锂为正极材料所制备的锂离子电池具有重量轻、容量大、比能量高、工作电压高、放电平稳、适合大电流放电、循环性能好、寿命长等特点，主要应用于3C数码领域。钴酸锂正朝着高电压、高压实、高循环性能的方向发展，对原材料四氧化三钴的要求越来越高。Co3O4是一种具有特殊结构和性能的功能材料，常规粒度（6-10微米）的Co3O4市场已经面临逐步萎缩的现状，小粒度Co3O4的市场需求逐步凸显。研究如何制备高性能小粒度四氧化三钴已经成为热点。现有制备小粒度四氧化三钴的方法工艺繁琐，不易实现。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的技术问题，提供一种生产过程简单易控、生产成本低、生产过程中金属物料直收率高的小粒度四氧化三钴的制备方法。

[0004] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种小粒度四氧化三钴的制备方法，该方法包括以下步骤：

[0005] a、配液：以钴盐为原料，配制钴浓度为1-2mol/L的钴溶液，即A溶液；配置氢氧化钠和氨水的混合溶液，即B溶液，其中氢氧化钠溶液浓度为2-6mol/L，氨水溶液浓度为5-10mol/L，且混合溶液中氨水溶液与氢氧化钠溶液的体积比为0.05-0.1；配制浓度为5-
10mol/L的双氧水溶液，即C溶液；

[0006] b、合成反应：同时将A溶液、B溶液、C溶液并流加入反应釜中，在强烈搅拌下进行合成反应；

[0007] c、陈化：合成结束后，在反应釜中加入导电炭黑，在强烈搅拌下进行陈化；

[0008] d、过滤、洗涤及干燥：陈化过程结束后，将物料进行过滤、洗涤、干燥，得到小粒度四氧化三钴前驱体产品；

[0009] e、煅烧：将小粒度四氧化三钴前驱体产品煅烧，得到小粒度四氧化三钴产品。

[0010] 进一步地，所述步骤a中钴盐为硫酸钴、硝酸钴或氯化钴中的一种或几种混合物。

[0011] 进一步地，所述步骤b中A溶液流速为300L/h，C溶液流速为A溶液流速的0.1-0.2倍，反应温度为70-80℃，反应pH值为8.0-9.0，搅拌强度为200-500转/分钟，反应时间为15-20h。

[0012] 进一步地，所述步骤c中导电炭黑的加入量为A溶液中钴质量的5%，陈化时间为1-2h，搅拌强度为200-500转/分钟。

[0013] 进一步地，所述步骤d中洗涤物料采用的是80-100℃的去离子水，洗涤设备为抽滤缸。

[0014] 进一步地，所述步骤d中干燥物料的温度为100-150℃，干燥设备为盘式干燥机。

[0015] 进一步地，所述步骤e中煅烧时在推舟炉中煅烧，煅烧温度为400℃-500℃，煅烧时间为1-2h。

[0016] 本发明相对现有技术具有以下有益效果：

[0017] 1、本发明小粒度四氧化三钴的制备方法以一定浓度的钴溶液为钴源，氢氧化钠溶液为沉淀剂，氨水溶液为络合剂，双氧水溶液为氧化剂，合成开始时通过调整溶液流量的方式控制合成产物晶核数量，进而控制产品粒度，合成反应结束后，向反应釜中加入一定量的导电炭黑，陈化一段时间后，将物料过滤、洗涤、干燥，得到小粒度四氧化三钴前驱体产品，再将四氧化三钴前驱体产品煅烧，得到小粒度四氧化三钴产品。通过本发明的制备方法，能够很容易简单地制备出激光粒度在2-4µm、振实密度大于等于2.8g/cm3、比表面积1.0-3.0m2/g的球形或类球形四氧化三钴产品。

[0018] 2、本发明通过在陈化阶段加入导电石墨，使导电石墨与合成产品均匀混合，由于导电石墨的高透水性，极大的改善了合成产品的洗涤性能，解决了湿法合成出的小粒度产品由于粒度小而造成洗涤困难的问题。并且，通过在陈化阶段加入导电石墨，能够很容易的将合成产品的氯根含量或硫酸根含量洗涤至0.01%以下。另外，导电石墨燃烧会放出大量的热量，合成产品中加入了导电石墨，能够降低煅烧温度和减少煅烧时间。且导电石墨燃烧放出二氧化碳气体，使煅烧制备出的四氧化三钴产品流动性好，不会出现板结的现象，改善了产品指标。

附图说明

[0019] 图1为本发明的工艺流程图；

[0020] 图2为本发明实施例1最终产物的SEM图；

[0021] 图3为本发明实施例2最终产物的SEM图；

[0022] 图4为本发明实施例3最终产物的SEM图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

[0024] 实施例1

[0025] a、配液：配制钴浓度为1mol/L的氯化钴溶液，即A溶液；配置氢氧化钠和氨水的混合溶液，即B溶液，其中氢氧化钠溶液浓度为2mol/L，氨水溶液浓度为5mol/L，且混合溶液中氨水溶液与氢氧化钠溶液的体积比为0.05；配制浓度为5mol/L的双氧水溶液，即C溶液。

[0026] b、合成反应：同时将A溶液、B溶液、C溶液并流加入反应釜中，在强烈搅拌下进行合成反应，反应过程中控制A溶液流速为300L/h，C溶液流速为A溶液流速的0.1倍，反应温度为70℃，反应pH值为9.0，搅拌强度为200转/分钟，反应时间为15h，B溶液流速根据反应pH值调节。

[0027] c、陈化：合成结束后，在反应釜中加入A溶液中钴质量5%的导电炭黑，在强烈搅拌下进行陈化，陈化时间为1h，搅拌强度为200转/分钟。

[0028] d、过滤、洗涤及干燥：陈化过程结束后，将物料进行过滤，过滤后采用80℃的去离子水在抽滤缸内进行洗涤，洗涤后通过盘式干燥机干燥，干燥温度为100℃，干燥后得到小粒度四氧化三钴前驱体产品。

[0029] e、煅烧：将小粒度四氧化三钴前驱体产品放入推舟炉中煅烧，煅烧温度为400℃，煅烧时间为1h，得到小粒度四氧化三钴产品。制备的产品指标见表1。

[0030] 表1 实施例1制备的四氧化三钴物化指标

[0031]

[0032] 从表1可以看出，利用本发明能够制备出激光粒度在2-4µm，振实密度大于等于3 2
2.8g/cm，比表面积1.0-3.0m/g，钴含量大于72.5%，氯根含量小于0.01%的球形或类球形四氧化三钴产品。

[0033] 实施例2

[0034] a、配液：配制钴浓度为1.5mol/L的硫酸钴溶液，即A溶液；配置氢氧化钠和氨水的混合溶液，即B溶液，其中氢氧化钠溶液浓度为4mol/L，氨水溶液浓度为8mol/L，且混合溶液中氨水溶液与氢氧化钠溶液的体积比为0.08；配制浓度为8mol/L的双氧水溶液，即C溶液。

[0035] b、合成反应：同时将A溶液、B溶液、C溶液并流加入反应釜中，在强烈搅拌下进行合成反应，反应过程中控制A溶液流速为300L/h，C溶液流速为A溶液流速的0.15倍，反应温度为75℃，反应pH值为8.5，搅拌强度为350转/分钟，反应时间为18h，B溶液流速根据反应pH值调节。

[0036] c、陈化：合成结束后，在反应釜中加入A溶液中钴质量5%的导电炭黑，在强烈搅拌下进行陈化，陈化时间为1.5h，搅拌强度为350转/分钟。

[0037] d、过滤、洗涤及干燥：陈化过程结束后，将物料进行过滤，过滤后采用90℃的去离子水在抽滤缸内进行洗涤，洗涤后通过盘式干燥机干燥，干燥温度为150℃，干燥后得到小粒度四氧化三钴前驱体产品。

[0038] e、煅烧：将小粒度四氧化三钴前驱体产品放入推舟炉中煅烧，煅烧温度为450℃，煅烧时间为1.5h，得到小粒度四氧化三钴产品。制备的产品指标见表2。

[0039] 表2 实施例2制备的四氧化三钴物化指标

[0040]

[0041] 从表2可以看出，利用本发明能够制备出激光粒度在2-4µm，振实密度大于等于3 2
2.8g/cm，比表面积1.0-3.0m/g，钴含量大于72.5%，氯根含量小于0.01%的球形或类球形四氧化三钴产品。

[0042] 实施例3

[0043] a、配液：配制钴浓度为2mol/L的硝酸钴溶液，即A溶液；配置氢氧化钠和氨水的混合溶液，即B溶液，其中氢氧化钠溶液浓度为6mol/L，氨水溶液浓度为10mol/L，且混合溶液中氨水溶液与氢氧化钠溶液的体积比为0.1；配制浓度为10mol/L的双氧水溶液，即C溶液。

[0044] b、合成反应：同时将A溶液、B溶液、C溶液并流加入反应釜中，在强烈搅拌下进行合成反应，反应过程中控制A溶液流速为300L/h，C溶液流速为A溶液流速的0.2倍，反应温度为80℃，反应pH值为8.0，搅拌强度为500转/分钟，反应时间为20h，B溶液流速根据反应pH值调节。

[0045] c、陈化：合成结束后，在反应釜中加入A溶液中钴质量5%的导电炭黑，在强烈搅拌下进行陈化，陈化时间为2h，搅拌强度为500转/分钟。

[0046] d、过滤、洗涤及干燥：陈化过程结束后，将物料进行过滤，过滤后采用100℃的去离子水在抽滤缸内进行洗涤，洗涤后通过盘式干燥机干燥，干燥温度为120℃，干燥后得到小粒度四氧化三钴前驱体产品。

[0047] e、煅烧：将小粒度四氧化三钴前驱体产品放入推舟炉中煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为2h，得到小粒度四氧化三钴产品。制备的产品指标见表3。

[0048] 表3 实施例3制备的四氧化三钴物化指标

[0049]

[0050] 从表3可以看出，利用本发明能够制备出激光粒度在2-4µm，振实密度大于等于3 2
2.8g/cm，比表面积1.0-3.0m/g，钴含量大于72.5%，氯根含量小于0.01%的球形或类球形四氧化三钴产品。