[发明专利]一种制备MnSiO4

说明书

本发明属于电池正极材料制备技术领域，涉及正极前驱材料的掺杂包覆制备工艺，尤其是一种制备MnSiO₄包覆铝掺杂的大颗粒四氧化三钴的方法的制备方法，具体包括MnSiO₄包覆铝掺杂的碳酸钴连续合成阶段和MnSiO₄包覆铝掺杂的煅烧阶段。在湿法合成包覆掺杂的碳酸钴阶段通过分步控制合成的碳酸钴球形度高、粒度分布均匀、掺杂元素分布均匀且全程没有爆核和小颗粒产生的现象。碳酸钴煅烧阶段与纳米级MnSiO₄混合后通过三段式煅烧合成晶型完整的四氧化三钴，从而保证四氧化三钴微孔大小均匀、不会破裂且晶型更加完整。

技术领域

本发明涉及电池材料制备技术领域，尤其是一种制备MnSiO₄包覆铝掺杂的大颗粒四氧化三钴的方法。

背景技术

新世纪以来，随之社会的快速发展，人民生活水平不断提高的同时，环境污染也越来越严重，特别是煤矿与石油的大量使用。为了改善环境，人们迫切需要找到一种绿色能源。所以锂电池作为环保的能源受到了广泛的关注，大量的研究人员投入到锂电池的研究中。

锂离子电池是新型化学电源体系，不仅电压高、比能量高循环寿命长而且具有无记忆效应、环境友好等特点，因而已经在手机、数码相机、笔记本电脑等便携式电子设备中得到了广泛应用，二十一世纪以来，人们开始将锂电池应用于动力领域，如矿灯、电动工具、电动助力车、电动汽车等，以及军事、航天等领域，。

钴酸锂朝着高电压、高压实、高循环性能的方向快速发展发展。但钴酸锂也存在很多的缺陷，如安全性能差,循环性能不理想，制备的钴酸锂电池电极容易受到电解液的侵蚀，影响了电池的使用寿命与安全性。所以大粒度掺杂包覆的前驱体Co₃O₄在市场需求逐步凸显。研究如何制备高性能大粒度掺杂四氧化三钴已经成为热点。

为了提高钴酸锂的性能，本专利采用MnSiO₄对原材料四氧化三钴进行包覆。被包覆后的四氧化三钴在制作电池时材料的抗过充电性能、倍率性能、循环性能以及热稳定性得到了大幅提高。同时采用铝掺杂对大颗粒四氧化三钴进行改性，铝的掺杂可以稳定结构、提升循环性能。

然而在大颗粒前驱体碳酸钴的合成过程中，掺杂元素的不均匀分布，以及出现小颗粒和爆核的问题都会对电池的性能带来很大的影响。所以本专利除了掺杂和包覆外，为了解决小颗粒问题，将碳酸钴分为晶核生长，快速合成、以及生长优化三个阶段来进行。为了解决掺杂元素分布均匀问题，碳酸钴合成过程采用较低pH以及洗涤过程采用碳酸氢铵洗涤。

发明内容

为了解决上述不足问题，向本领域提供一种简单易控全程不产生小颗粒和爆核且能够满足高电压钴酸锂发展需求的MnSiO₄包覆铝掺杂的大颗粒四氧化三钴的制备方法。具体包括如下步骤：

步骤一、溶液的配置：配置铝盐掺杂的钴盐溶液，配置碳酸氢铵溶液，并对原料进行过滤除去不溶物；

步骤二、碳酸钴合成

晶种的制备：在反应釜中配置一定浓度的碳酸氢铵溶液为底液，在一定温度和转速下，通过快速进入钴盐溶液直至pH降到一定值后停止进料，搅拌足够长的时间，此时粒度应该在0.5-1.5微米之间；

快速生长阶段：向碳酸钴晶核中同时通入碳酸氢铵和钴盐溶液，此时控制碳酸氢铵溶液和钴盐溶液的流速，降低pH和转速，控制固含量在15-25％之间，通过连续合成直至粒度长到14-18微米；

优化生长阶段：降低碳酸氢铵、钴盐的流量和转速，提高pH后，进一步提高固含量在40％-50％，直至粒度长到20-23微米；

陈化洗涤工艺：将合成碳酸钴放入一定量浓度的碳酸氢铵中搅拌一定时间，搅拌结束后离心洗涤，用碳酸氢铵溶液反复冲洗数次，将滤饼放入烘箱烘干；