[发明专利]一种高致密小粒径球形四氧化三钴的制备方法

说明书

本发明属于电池正极材料前驱体制备技术领域，特别涉及一种四氧化三钴的制备方法。本发明的一种高致密小粒径球形四氧化三钴的制备方法，通过氨水作为络合剂，单独配置并泵入氨水，精确控制泵入反应釜内的钴氨比，通过钴氨络合物氧化沉淀得到偏向粒状结晶的羟基氧化钴，通过合适的钴氨比控制粒状与层状结晶趋势得到合适的一次颗粒结晶，控制合适的生长速度，合成得到致密的球形羟基氧化钴。通过该方法制备得到的小粒径四氧化三钴球形度好、粒径均匀、致密性好，尾液Co含量低，且合成过程温度低、工艺稳定可控。

技术领域

本发明属于电池正极材料前驱体制备技术领域，特别涉及一种四氧化三钴的制备方法。

背景技术

3C领域产品的更新换代以及各种高端智能设备的快速发展，给钴酸锂电池带来稳定的增长需求。3C锂电池逐步向高电压、高压实方向发展，而使用高致密性的大小颗粒进行掺混可进一步提高制备电池的能量密度，许多正极材料厂商都提出高振实的小粒径四氧化三钴的需求。羟基路线小粒径四氧化三钴相较于碳酸钴等其他路线制备的四氧化三钴具有颗粒振实密度大，颗粒均匀等优势。

但是，目前生产的羟基路线四氧化三钴的球形度以及致密性也不能满足电池容量的发展要求，而且现阶段制备羟基氧化钴所使用的络合剂是EDTA，其具有较强的络合能力，容易络合水中的各种金属离子，造成生产过程中母液和尾液Co含量偏高，而且废水中EDTA的存在也不利于其他金属离子的沉淀处理，易使废水中的重金属含量超标，加大了废水处理的难度。

发明专利CN201210068153.0公开了以钴盐为原料，先调整溶液pH值，再加入EDTA，在通入空气的条件下将两种溶液并流流入反应槽中，控制反应温度和pH值最终得到羟基氧化钴固体产品，该法合成得到的羟基钴球形度不足，且振实密度较低；发明专利CN200810162689.2公开的方法的特点是在湿法环境下，在沉淀剂、络合剂、氧化剂及一定的温度、PH值、搅拌条件下，一次性把二价钴盐形成球形羟基体氢氧化钴，并进一步氧化形成球形羟基体四氧化三钴，该法合成的四氧化三钴存在大小不均，球形度低等情况。发明专利CN200810026599.0公开了以钴盐为原料，氢氧化钠或者氢氧化钾溶液作为沉淀剂，氨水等作为络合剂，该法制备的羟基钴颗粒，颗粒大小不均，存在较多小颗粒。

因此，需要研发一种球形度好、粒径均匀、致密性好，母液和尾液Co含量低，且合成过程温度低、工艺稳定可控的四氧化三钴制备方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高致密小粒径球形四氧化三钴制备方法，通过该方法制备得到的小粒径四氧化三钴球形度好、粒径均匀、致密性好，尾液Co含量低，且合成过程温度低、工艺稳定可控。

为了达到上述目的，一种高致密小粒径球形四氧化三钴的制备方法，具体包括如下步骤：

1、配置1.0～3.0mol/L硫酸钴溶液，配置5～20mol/L氢氧化钠溶液，同时配置2～4mol/L氨水溶液；

2、预先在反应釜内加入pH为11～12、温度为40～50℃的热纯水，通入压缩空气，然后向反应釜中同时泵入步骤1配置的硫酸钴溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液，并通过调节氢氧化钠溶液的流量控制反应釜内溶液的pH为10～12，控制合成温度40～50℃，搅拌转速200～400r/min，通入压缩空气流量16～38L/h；控制反应釜内的钴氨比为8:1～12:1，其中钴液流量为15～20mL/min，氨水流量1.2～2.0ml/min；

3、合成过程中，阶段性抽去反应釜内的部分上清液，待物料达到5～14㎏金属量后，测试物料的粒径D50；如未达目标D50，则暂时停止投料进行分釜操作，分出一半物料转移至另一反应釜继续参照原反应釜相同工艺进行投料合成；然后原反应釜继续投料，重复上述抽上清液和分物料步骤至目标粒径D50为2μm～5μm；