[发明专利]一种氢氧化钴及其制备方法及使用该氢氧化钴制备钴酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地，涉及一种氢氧化钴及其制备方法及使用该氢氧化钴制备钴酸锂的方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、无记忆效益、污染小、自放电率低、循环寿命长等优点，是21世纪重点发展的二次电池，它广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、电动自行车等电器中，且新的用途，如用于电动汽车，储能电站等，已在开拓之中。

商品化的锂离子电池正极材料主要是层状结构的LiCoO₂、LiNiO₂、尖晶石结构的LiMn₂O₄和橄榄石结构磷酸铁锂。这些锂－过渡金属氧化物都具备了拓扑化学反应的特征。在充电的过程中，Li⁺从金属氧化物中脱出嵌入到负极材料中，放电过程则与之相反。当其中Li⁺的浓度在一定范围变化时，由于过渡金属价态的多价性，不会影响化合物结构与形貌的变化。尖晶石结构的LiMn₂O₄在充放电过程中由于Jahn－Teller效应造成的晶格弯曲使晶体结构遭到一定的破坏，因此影响了电池的循环性能(特别是在50℃以上的使用温度下)。层状结构的LiNiO₂由于合成时易造成较高的离子排列的混乱度而影响电池电化学性能以及安全性等原因，限制了它的使用范围。磷酸铁锂循环性能优异，但由于其较低的体积能量密度，主要运用在动力电池领域。当前，对体积能量密度和重量能量密度要求极高的数码领域，钴酸锂还无法被其它材料所取代。

制备锂离子电池正极材料钴酸锂的方法主要有固相法和液相法。液相法制备的钴酸锂密度低、结晶差，使得此种材料生产的电芯比容量低，循环性能差，而且液相法生产成本高，因此，很难实现工业化生产。固相法制备的钴酸锂，其特点是反应物通过多次反复的研磨、粉碎、烧结获得活性材料，有些还需要通过造粒或压片等辅助工艺。烧结的过程一般需要12～48小时，甚至更长时间。其目的是通过在高温下加热较长的一段时间以期获得没有杂相的所需物相。而且在高温下晶粒的长大与颗粒的聚合通常是不可避免的，因此有利于获得所需粒径的钴酸锂。

随着数码产品对锂离子电池能量密度提出越来越高的要求，现有规格的钴酸锂很难满足这种需求，因此更大粒径、更高电化学活性的钴酸锂的出现不可避免。目前，制备大颗粒钴酸锂的主要措施有：过大量的碳酸锂或氢氧化锂或两种的混合物，更高的烧结温度和更长的烧结时间。过大量的碳酸锂或氢氧化锂或两种的混合物容易造成产品钴酸锂pH值过高，影响电芯的涂布工艺，而且过大量锂盐后，钴酸锂晶体结构原子混排增加，致使钴酸锂在组装电池进行充放电过程中循环性能变差。更高的烧结温度容易导致钴酸锂中氧元素的脱出，非电化学活性物质增加，结构变得不稳定，影响钴酸锂的电化学性能。更长的烧结时间会严重影响生产效率，而且钴酸锂粒径D50增大15微米后继续增大效果不显著。

另外，对钴酸锂粉末的粒径、电化学活性等进行研究的专利文献有：

中国专利文献1：申请号200410062611.5；中国专利文献2：申请号201310278565.1；中国专利文献3：申请号200710065340.2；中国专利文献4：申请号201310377003.2；中国专利文献5：申请号200980104913.5；中国专利文献6：申请号201110362620.6；中国专利文献7：申请号201310054889.7。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种氢氧化钴粉末的制备方法及使用该氢氧化钴粉末制备钴酸锂的方法，所述氢氧化钴粉末的制备方法能够合成高密度、大粒径的氢氧化钴粉末，用该氢氧化钴粉末的高活性和粒度保持性能够制备高电化学活性、大粒径的钴酸锂粉末，解决目前钴酸锂不能同时兼顾优秀的电化学性能和大的粉末粒径的技术问题。

本发明的技术方案如下：一种氢氧化钴粉末，其粒度D₅₀(马尔文粒度仪检测)为15～25μm，振实密度为1.8～2.8g/cm³。