[发明专利]一种由超大单晶复合堆积而成的球形碳酸钴颗粒及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，特别涉及一种电池级碳酸钴及其制备方法。本发明所设计的一种由超大单晶复合堆积而成的球形碳酸钴颗粒，是以微米级超大碳酸钴晶粒为一次颗粒，该一次颗粒为宽2‑5μm，厚0.2‑0.5μm的长条状单晶颗粒，一次颗粒沿球形二次颗粒径向生长规则密堆积而成球形碳酸钴颗粒。本发明从材料本身解决了常规碳酸钴煅烧过程中开裂、破碎的难题，避免低温预反应‑高温煅烧二次煅烧方案的设备使用率低和成本高等弊端。应用于钴酸锂(LCO)的制备，制备LCO时更易于单晶化，具有更高的体积能量密度和电化学稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，特别涉及一种电池级碳酸钴及其制备方法。

背景技术

碳酸钴作为四氧化三钴、钴酸锂等生产锂电池材料的重要前驱体，其性质很大程度上决定了生产电池用材料的性能，5G手机的发展对钴酸锂正极材料的能量密度提出了更高的要求，进一步提高大颗粒的粒径能有效提升压实密度进而增加体积能量密度，目前使用较多的生产电池用大粒径四氧化三钴材料的粒度D50多为15～16微米，它是由粒度D50为18～20微米的碳酸钴煅烧而成，该粒度范围的四氧化三钴主要用作中端电池材料。近些年电池材料方向的研究发现，大粒径的四氧化三钴所生产的电池材料性能更好，拥有更高的电压平台及压实密度，较多应用于高端领域。大粒径的四氧化三钴主要由大粒径的碳酸钴煅烧而成，因此大粒径碳酸钴的品质对四氧化三钴及电池材料的性能起着决定性的作用。

然而随着碳酸钴颗粒粒径的增大，煅烧形成四氧化三钴过程中由于晶型转变而产生的应力变大，分解形成CO₂释放对颗粒的冲击更加明显，造成大粒径碳酸钴在煅烧过程中容易开裂、破碎，严重影响产品性能，目前行业中为解决此问题均采用低温预反应-高温煅烧二次煅烧的方案抑制颗粒开裂，该方案需要进行两次煅烧，严重浪费设备使用率，增加生产成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计了一种以微米单晶颗粒碳酸钴为一次粒子、球形二次颗粒的碳酸钴前驱体，从材料本身解决碳酸钴在煅烧过程中容易开裂的难题，从而避免低温预反应-高温煅烧二次煅烧方案的设备使用率低和成本高等弊端。

为了达到上述目的，本发明所设计的一种由超大单晶复合堆积而成的球形碳酸钴颗粒，是以微米级超大碳酸钴晶粒为一次颗粒，该一次颗粒为宽2-5μm，厚0.2-0.5μm的长条状单晶颗粒，一次颗粒沿球形二次颗粒径向生长规则密堆积而成球形碳酸钴颗粒。

本发明的另一个目的是提供上述球形碳酸钴颗粒的制备方法。具体步骤如下：

步骤一、原料配置：

将可溶性钴盐配置成摩尔浓度为1-3M的溶液A，配置摩尔浓度为2.5-3M的碳酸盐溶液B，配置摩尔浓度为1-1.5M的碳酸盐溶液C；

步骤二、晶种成型：

在反应釜中加入1-4m³低浓度的碳酸盐溶液C打底，升温至30-50℃并保温，在高速搅拌条件下，以1-3m³/h的速度将溶液A加入反应釜，至釜内pH值降到7.4-7.6之后开启PLC自控系统加入溶液B，通过调整溶液B的流速将pH值稳定控制在7.4-7.6，碳酸钴粒度到达3-6μm时加料完毕，停止搅拌，分散样制备完成。将釜内分散样浆料静置沉降，抽去上清液，腾出空间继续投料，釜内浆料加满时停止投料，静置沉降抽上清液，继续投料，重复进行以上操作至晶种粒度到达8-10μm；

步骤三、合成长大：