[发明专利]一种间歇式合成四氧化三钴颗粒的方法

说明书

本发明公开了一种间歇式合成四氧化三钴颗粒的方法，包括以下步骤：可溶性钴盐在络合剂A、氢氧化钠存在下的成核反应，形成氢氧化钴晶体，当产物粒径达到预定值时，将上述浆料转移至第二反应釜中，然后将一定浓度的可溶性钴盐溶液、络合剂B溶液、氢氧化钠溶液加入到第二反应釜中，持续监控第二反应釜中产物的粒径，当产物的D50达到预设值时，停止向第二反应釜中加料，将第二反应釜中的产物陈化、过滤、洗涤、干燥，得到一定粒径的氢氧化钴产物；将上述的氢氧化钴颗粒焙烧得到四氧化三钴。本发明采用两种络合能力不同的络合剂，既有利于氢氧化钴晶核的快速形成，又能在促进氢氧化钴晶体生长，有利于灵活控制氢氧化钴晶体的粒径范围。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种间歇式合成四氧化三钴颗粒的方法。

背景技术

钴酸锂作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，四氧化三钴是一种具有特殊结构和性能的功能材料，常规粒度(5-10微米)的四氧化三钴市场已经面临逐步萎缩的现状，大粒度四氧化三钴的市场需求逐步凸显。研究如何制备高性能大粒度四氧化三钴已经成为热点。

在现有技术中，制备四氧化三钴颗粒时通常只使用一种络合剂，最常用的络合剂为EDTA-2Na，单独EDTA-2Na做为络合剂生产出来的氢氧化钴颗粒较致密，松比密度和振实均较大，更易于制备粒径为3-6微米的氢氧化钴。当粒度逐步增大时，颗粒表面致密光滑，颗粒比表面能下降，易出现二次造核的现象，阻碍了四氧化三钴粒径的增长，同时也使得四氧化三钴产品的粒径分布变大。

中国发明专利CN201510881580.4，公开了“一种大粒径高密度球形四氧化三钴的制备方法”，具体制作方法是在碳酸钴合成阶段通过多次循环结晶制得的碳酸钴，然后对碳酸钴实施高温烧结制备大粒径高密度球形四氧化三钴，此专利在碳酸钴合成阶段需要多次循环结晶，过程繁琐，不利于工业化生产。201810291866.0本发明公开一种大粒度四氧化三钴的制备方法，以一定浓度的钴溶液为钴源，碳酸钠溶液为沉淀剂，氨水溶液为络合剂，水合肼溶液为还原剂，湿法合成出粒度为20～30μm的碳酸钴，碳酸钴经烧结得到大粒度四氧化三钴产品。上述方法最大的问题是碳酸钴在烧结的过程中会出现颗粒炸裂的现象，其原因在于碳酸钴烧结的过程中会释放大量的二氧化碳气体，二氧化碳释放过快的话，就会引起颗粒炸裂，导致产品一致性变差，细碎微粒变多，进而影响电池的各种性能。专利CN201210016504.3是先制备成CoOOH·Co(OH)2，再经中低温氧化得到四氧化三钴，但需要还需在喷雾干燥器中进行造粒，增加设备，过程复杂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明公开了一种间歇式合成四氧化三钴颗粒的方法，具体包括以下内容：

一种间歇式合成四氧化三钴颗粒的方法，包括以下步骤：

(1)制备氢氧化钴晶核阶段

向第一反应釜中加入一定量的纯水和水合肼，然后向第一反应釜中通入一段时间的惰性气体，接着将一定浓度的可溶性钴盐和络合剂A的混合溶液B、氢氧化钠溶液并流加入到第一反应釜中进行搅拌反应，所述混合溶液B中可溶性钴盐的浓度为80-120g/L，络合剂A的浓度为1.0-1.5g/L，氢氧化钠溶液的浓度为100-400g/L，控制反应温度为55-65℃，pH为9-11，并持续监控第一反应釜中产物的粒径，当产物粒径达到预定值时，停止向第一反应釜中进料；

(2)氢氧化钴晶体生长阶段