[发明专利]锂离子电池用四氧化三钴的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及四氧化三钴的制备工艺，尤其是涉及一种锂离子电池用四氧化三钴的制备工艺。

背景技术

锂离子电池具有的电压高，放电平稳，大电流放电性能佳，比能量高、无污染、循环性好等优点。近年来，锂离子电池产业日渐成熟，因此广泛应用于移动电脑、手机、数码相机等电子产品中，随着锂离子电池性能不断的改进、提高，作为锂离子电池中重要的正极材料——钴酸锂，也对其关键原材料——四氧化三钴的品质提出了更高、更新的要求，要求其具有纯度高、晶粒形貌好、粒度适中并且分布均匀、松装密度及振实密度大，价格便宜等特点。

目前制备四氧化三钴主要是采用钴盐与沉淀剂(碳酸钠、草酸胺等)反应制取含钴沉淀物，然后经高温煅烧，得到四氧化三钴。如中国专利申请CN1544340公开了一种锂离子电池用四氧化三钴的制备方法，该方法公开了以草酸钴或氢氧化钴或碳酸钴为煅烧原料，进行三段煅烧之后分解为四氧化三钴的技术方案；另外该方法还进一步公开了所述草酸钴由沉淀剂喷雾加入至钴盐溶液中进行沉钴反应而制成。该方法的煅烧工艺过于复杂，需要使用纯净氮气，这样无形之中增加了生产成本；并且由于其沉钴反应采用喷雾加料方式，因此其钴盐结晶颗粒的粒度较小，生产规模也难以做大，最终影响产品的产业化。

又如中国专利申请CN1648054公开了一种四氧化三钴的制备方法，其通过在钴盐溶液中加入草酸盐等溶液，而生成钴盐化合物的前驱体沉淀物，然后经过滤、洗涤，得到前驱体；再经焙烧，破碎得到晶形为团状多面体或八面体的四氧化三钴产品。该方法的加料方式较为简单，以致沉淀反应中的钴结晶粒度无法控制，并且由于其焙烧的方法和温度不够合理，因此对产品的纯度和晶粒形貌造成一定影响。

除上述方法外，制备四氧化三钴的方法还有：如比利时UMICO公司采用的钴盐溶液喷雾焙烧法，该方法生产的四氧化三钴虽然质量高，但所采用的设备极其昂贵，因此生产成本较高。此外，还有如中国专利申请CN1715193A公开的一种制备高品质四氧化三钻的新方法。该方法以氯化钴为前驱体，直接通过特殊设计的专用反应炉烧结分解制成四氧化三钴。该方法设备要求高，需专门设计，其在简化工艺上所做的努力并不足以抵消设备上的投入，因而得不偿失。

综上所述，采用液相沉淀法加煅烧工艺制备四氧化三钴是一种生产成本较低，相对成熟的技术，但该技术工艺中存在的诸多问题确实又制约了四氧化三钴产业的进一步发展。为了克服上述缺点，就必须对现有的方法或工艺进行实质性的改进和优化，这样才能适应我国锂离子电池产业飞速发展的需要，从而为其提供更多质优价廉的四氧化三钴原材料。

发明内容

本发明主要是解决现有技术锂离子电池用四氧化三钴生产所存在的工艺复杂、产品杂相多、产品晶粒过大或过小、粒度分布不集中等技术问题。

本发明同时还解决了现有技术锂离子电池用四氧化三钴生产所存在对设备性能要求高，生产效率低、成本高等技术问题。

本发明主要是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：所述工艺包括以下步骤：

A.配制溶液：将氯化钴溶解于去离子水中并过滤，以除去溶液中杂质，接着加入一定量盐酸(氯化氢)调酸，制得PH值为0.8—1.0，浓度为0.7—0.9mol/L的氯化钴溶液，然后将温度升至65℃—75℃备用；将草酸溶解于去离子水中并过滤，接着加入液氨反应，制得PH值为3.8—4.0，浓度为0.8—1.0mol/L的草酸铵溶液，然后将温度升至65℃—75℃备用。

B.反应合成：将上述氯化钴溶液和草酸铵溶液分别以0.9—1.1m³/h的流量同时并流至反应罐中进行反应，并将该反应液的PH值控制在1.4－1.6，反应3—5分钟，然后流入陈化槽中陈化(陈化可让晶粒生长均匀，使其形貌更加完整)，在陈化过程中，为了防止结晶颗粒聚集，反应液要继续搅拌25—35分钟，最后成为草酸钴浆料。

C.洗涤、过滤：将草酸钴浆料倒入压滤机中进行压滤洗涤，洗涤至压滤机出来的洗涤水检测无氯离子后，卸料至调浆槽中加水进行调浆，调浆后转入压滤机再次洗涤，洗涤至压滤机出来的洗涤水检测无氯离子后，再次卸料至调浆槽中加水进行调浆，经过上述严格的洗涤过程后，草酸钴浆料中的各种离子得以彻底祛除，最后将其送入离心机甩干后得到纯净的草酸钴固体；

D.二次煅烧：将草酸钴固体放入窑炉内煅烧，煅烧温度设定在450－500℃，恒温煅烧4—5小时后取出粉碎；然后再次放入窑炉进行第二次煅烧，其煅烧温度设定在850—880℃，恒温煅烧3—4小时后再进行粉碎，得到四氧化三钴粉体。