[发明专利]一种低磁高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法

说明书

本发明公开了一种低磁高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法，其包括以下步骤：（1）在钴盐溶液中掺入可溶性铝盐混合均匀配制钴铝混合溶液；将碳酸氢铵晶体加入去离子水中配制碳酸氢铵溶液；（2）将步骤1中配制好的碳酸氢铵溶液与去离子水加入反应釜作为底液；（3）在步骤2的底液中同时加入钴铝溶液与碳酸氢铵溶液进行沉淀反应，反应过程中进行提浓及浆料除铁；（4）对步骤3制备的碳酸钴浆料过滤、洗涤；（5）步骤4中的碳酸钴湿渣经过干燥、煅烧、过筛、除铁制备出低磁高掺铝小粒度四氧化三钴。该四氧化三钴具有铝元素分布均匀、粒度分布均匀、球形度好、振实密度高、流动性好、磁性异物低等突出优点，应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备技术领域，具体涉及一种低磁高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法。

背景技术

随着3C电池产品趋于“轻薄化、耐用化”，更新换代越发频繁，对锂离子电池能量密度提出更高要求，现主要通过提高截止电压来提高钴酸锂电池的能量密度。正极材料钴酸锂(LiCoO₂)具有比能量高、充放电电压平台稳定、工作电压高、循环性能优良等优点，是一种工业化程度最高的锂离子电池正极材料。然而，在高充电截止电压(4.4V或4.5V)下由于相变导致材料层状结构的崩坏，材料循环性能下降的问题阻碍着LiCoO₂的广泛应用。

针对商用钴酸锂正极材料目前面临的问题，传统的工艺方法采用固相混合的方法制备掺杂钴酸锂，即锂源、氧化钴和掺杂物在固相的形态下进行混合，然后在高温下进行烧结实现掺杂。因此，掺杂的均匀性受掺杂物的形态以及混料状态的影响，同时受金属离子在高温反应时热扩散的影响，实现材料均匀掺杂存在一定难度。在高电压充电条件下，高脱锂状态发生相变，晶格失氧，造成结构不稳定，4.5V钴酸锂四氧化三钴材料面临着掺杂元素掺杂量逐步提高的问题，而随着掺杂元素掺杂量的增多，掺杂不均匀问题更为凸显，严重影响了钴酸锂正极材料的高电压特性。

四氧化三钴作为制备锂电池正极材料钴酸锂的重要原料，其各方面性质决定了钴酸锂正极材料及下游锂离子电池性能的好坏，小粒径的四氧化三钴可以显著提高钴酸锂的压实密度，且小颗粒四氧化三钴有助于锂离子的快速嵌入与

说 明 书

脱出，低的阳离子混排、稳定的层状晶体结构对电池性能有较大的改善。

锂离子电池中若存在磁性异物会导致隔膜穿孔，造成电池内部短路，导致电池自放电、甚至起火、爆炸。目前工业上应用的电池材料的金属异物需要控制在几十ppb级水平，磁性异物含量的高低也成为衡量锂离子电池正极材料品质的重要标准。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的是提供一种磁性异物含量低、掺杂元素分布均匀、压实密度高、充电电压高、颗粒球形度好的低磁高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法。

为实现其目的，本发明采用以下技术方案：

一种低磁高掺铝小粒度四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：

S1、称取钴盐、铝盐溶于去离子水中，搅拌均匀，配制钴铝混合溶液；

S2、在去离子水中配制浓度为220~260g/L的碳酸氢铵溶液；

S3、在反应釜中加入去离子水和步骤S2所得碳酸氢铵溶液作为底液，同时加入钴铝混合溶液进行合成反应，制得碳酸钴浆料；

S4、将步骤S3中的碳酸钴浆料过滤、洗涤得到碳酸钴湿渣；

S5、将步骤S4中的碳酸钴湿渣进行干燥、煅烧、过筛、除铁，制得低磁高掺铝小粒度四氧化三钴；所述过筛、除铁是指将煅烧料先通过振动筛筛分然后经过粉末除铁器除铁。

作为本发明技术方案的进一步改进，上述步骤S1中：

钴盐为硫酸钴、乙酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或两种以上的混合；

铝盐为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝中的一种或两种以上的混合。