[发明专利]大粒径球形碳酸钴及其合成方法

说明书

本发明属于电池材料技术领域，公开了碳酸钴的合成工艺。在湿法共沉淀过程中先合成碳酸钴晶种，再通过控制共沉淀过程的pH值等，实现碳酸钴一次颗粒形貌的有效调控。本发明所合成的碳酸钴表面具有一定的孔隙率，可增加碳酸钴在一段式煅烧过程中CO₂气体的快速释放，解决煅烧过程中二次颗粒的开裂问题。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及正极材料前驱体的合成工艺，尤其涉及碳酸钴的合成工艺。

背景技术

基于3C市场的快速发展，人们对四氧化三钴的需求和要求也越来越高。碳酸钴作为四氧化三钴的重要前驱体之一，其性质和指标很大程度上决定了四氧化三钴的性能。普遍的，市场上对于大粒径四氧化三钴的要求通常需要满足两种：1）形貌为类球形结构；2）二次颗粒不开裂。大粒径球形碳酸钴通常采用两段煅烧方式来缓解二次颗粒的开裂问题，此种工艺降低了设备利用率，增加了人工成本。湿法合成大粒径碳酸钴时，由于体系合成总时间较长，所以传统工艺多采用清水开槽+多次分釜，这种工艺的耗时长、设备利用率低、人工成本高。

发明内容

针对目前制备大粒径球形碳酸钴时遇到的问题，本发明的主要目的是提供一种大粒径球形碳酸钴的合成方法。

本发明提供的大粒径球形碳酸钴的合成方法，包括以下步骤：

步骤S1：配制硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液；

步骤S2：制备碳酸钴晶种：以碳酸氢铵溶液为反应釜底液，将硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液并流加入反应釜中，控制反应体系的pH值为7.6~7.8；在总进料时间为80~100h内，控制反应浆料的粒度达到预设值，然后停止进料，离心甩干，得到晶种，备用；

步骤S3：碳酸钴晶种生长：晶种在反应釜内加水调浆，并调节pH值为7.6~7.8；然后并流加入硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液，在反应初始的4h~10h内，调节反应体系的pH值为7.6~7.8，然后控制反应体系的pH值每隔2h~5h降低0.1，直至pH值达到7.2~7.3并维持该pH值至反应浆料的粒度达到目标值；

步骤S4：过滤、洗涤、烘干，得到大粒径球形碳酸钴。

本发明的发明人发现，在合成大粒径碳酸钴时，晶种生长阶段的反应时长和反应pH的双重作用会改变碳酸钴一次颗粒的形貌。当生长阶段的反应时间较短时，不论体系的pH是高还是低，碳酸钴的一次颗粒均为块状结构。此外，若是生长阶段的pH一直控制在7.6~7.8，不论体系的反应时间是长还是短，碳酸钴的一次颗粒均为块状结构。本发明在晶种生长阶段，先控制反应体系的pH值为7.6~7.8，然后逐步降低pH值至7.2~7.3并维持，得到的碳酸钴的一次颗粒呈径向生长的条状。

进一步地，所述硫酸钴溶液浓度为1.0~2.0mol/L，所述碳酸氢铵溶液的浓度为2.0~3.0mol/L。

进一步地，所述反应釜底液中碳酸氢铵的浓度为0.5~1.0mol/L；反应釜底液的体积为反应釜总体积的30~60%。

进一步的，步骤S2中，反应浆料的预设值为8~10μm。

进一步的，步骤S3中，晶种调浆至固含量为100~200g/L。

进一步的，在本发明的部分实施例中，步骤S3中，反应初始，硫酸钴溶液的流量为步骤S2中硫酸钴溶液的流量的0.3~0.5倍；每隔12~24h将硫酸钴溶液的流量提升30~40%。

在本发明的部分实施例中，步骤S2中硫酸钴溶液流量为2~3L/h。

进一步的，在本发明的部分实施例中，控制步骤S3在70~90h的时间内反应浆料粒度达到目标值。

作为优选，所述目标值为19.0~19.5μm。