一種電池級(jí)碳酸鈷的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，該方法所生產(chǎn)的大粒度球形碳酸鈷可用于生產(chǎn)常規(guī)粒度及大粒度的四氧化三鈷、鈷粉等電池材料和金屬材料。
【背景技術(shù)】
[0002]碳酸鈷做為四氧化三鈷、鈷酸鋰等電池材料的前驅(qū)體，很大程度上決定了電池材料的性能，現(xiàn)在使用較多的四氧化三鈷粒度多為D50=5-10微米，它是由是由粒度為D50為10-12微米的碳酸鈷煅燒而成，此部分較多用于中端電池材料，而近些年電池材料方向的研究發(fā)現(xiàn)，大粒度的四氧化三鈷所生產(chǎn)的電池材料性能更好，擁有更高的電壓平臺(tái)及壓實(shí)密度，由大粒度的四氧化三鈷所生產(chǎn)的電池材料較多應(yīng)用于高端領(lǐng)域。而大粒度的四氧化三鈷主要由大粒度的碳酸鈷煅燒而成，因此大粒度的碳酸鈷對(duì)四氧化三鈷及電池材料的性能起著決定性的作用。
[0003]現(xiàn)在生產(chǎn)粒度在D50=10_12微米的碳酸鈷工藝較多，有鈷液與碳酸氫銨水溶液并流加入反應(yīng)器的方法(并加法)、鈷液加入碳酸氫銨水溶液中的方法(正加法)、碳酸氫銨水溶液加入鈷液中的方法(反加法)以及重復(fù)并加法，但這些方法只是在生產(chǎn)碳酸鈷的過程中并加法與正加法所制得的碳酸鈷粒度及球形度較差，震實(shí)密度偏低，重復(fù)并加法雖然可以制得粒度均勻及球形度較好的碳酸鈷，震實(shí)密度也較好，但重復(fù)沉淀次數(shù)多達(dá)20多次，生產(chǎn)時(shí)間長，要求設(shè)備多。
[0004]而且，這些方法只是在生產(chǎn)粒度在D50=10微米左右的碳酸鈷時(shí)適用，而如果要生產(chǎn)粒度在D50=15-20微米甚至更大粒度的碳酸鈷時(shí)，上述方法就無法達(dá)到，并且產(chǎn)品粒度、形貌均較差。因此如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足是目前電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，該方法生產(chǎn)工藝，操作簡單，易于控制，可廣泛用于生產(chǎn)常規(guī)粒度及大粒度的四氧化三鈷、鈷粉等電池材料。
[0006]本發(fā)明是通過鈷液與碳酸氫銨水溶液多次反加的方法，通過控制反應(yīng)終點(diǎn)度、流量、攪拌速度、濃度等參數(shù)條件，來生產(chǎn)常規(guī)粒度及大粒度的球形碳酸鈷。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，包括如下步驟:
步驟(I)，配制鈷鹽水溶液60-120g/L，碳酸氫銨水溶液100-400g/L ;
步驟(2)，將碳酸氫銨水溶液按反應(yīng)釜體積1/3加入到反應(yīng)釜中，加熱到40-60°C ;步驟(3)，在攪拌狀態(tài)下，將鈷鹽水溶液按l-5L/h的流量加入到反應(yīng)釜內(nèi)的碳酸氫銨水溶液中；
步驟(4)，控制反應(yīng)終點(diǎn)PH為7-7.5，即當(dāng)鈷鹽水溶液加入過程中，反應(yīng)釜中PH值達(dá)到7-7.5時(shí)，停止加入鈷鹽水溶液；
步驟(5)，靜置陳化I小時(shí)以上后，將上層沉淀后的母液抽出，將沉淀物留在反應(yīng)釜內(nèi)； 步驟(6)，再次向反應(yīng)爸內(nèi)加入反應(yīng)爸體積1/3碳酸氫錢水溶液，升溫至40-60°C ； 步驟(7)，重復(fù)步驟(3)- (5)，進(jìn)行第二次沉淀；
步驟(8)，第二次沉淀后再次重復(fù)步驟(2)- (5)，直至達(dá)到所需要的粒度。
[0008]上述技術(shù)方案中所述的鈷鹽水溶液為氯化鈷或硫酸鈷水溶液。
[0009]上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的碳酸氫銨與氯化鈷加入量的物質(zhì)的量比為 1.3:1。
[0010]上述技術(shù)方案中沉淀到碳酸鈷粒度為D50=8-10微米時(shí)，進(jìn)行2-4次沉淀過程即可達(dá)到要求粒度。
[0011]本發(fā)明技術(shù)方案中當(dāng)沉淀3-5次后，反應(yīng)釜內(nèi)沉淀物較多，通過將反應(yīng)釜內(nèi)一部分沉淀物轉(zhuǎn)移至另一反應(yīng)釜內(nèi)，兩個(gè)反應(yīng)釜可同時(shí)進(jìn)行循環(huán)沉淀以加快粒度生產(chǎn)速度。
[0012]本發(fā)明技術(shù)方案中步驟(3)所述的減半速度為150-200轉(zhuǎn)/分。
[0013]上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，包括如下步驟:
步驟(I)，配制氯化鈷水溶液60-120g/L，碳酸氫銨水溶液100-400g/L ;
步驟(2)，將碳酸氫銨水溶液按20L加入到反應(yīng)釜中，加熱到40-60°C ；
步驟(3)，在攪拌狀態(tài)下，將氯化鈷水溶液按3L/h的流量加入到反應(yīng)釜內(nèi)的碳酸氫銨水溶液中；
步驟(4)，當(dāng)加入的氯化鈷與碳酸氫銨質(zhì)量比為1:1.3時(shí)，停止加入氯化鈷水溶液； 步驟(5)，靜置陳化I小時(shí)以上后，將上層沉淀后的母液抽出，將沉淀物留在反應(yīng)釜內(nèi)； 步驟(6)，再次向反應(yīng)爸內(nèi)加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至40-60°C ；
步驟(7)，重復(fù)步驟(3)- (5)，進(jìn)行第二次沉淀；
步驟(8)，第二次沉淀后再次重復(fù)步驟(2)- (5)，直至達(dá)到所需要的粒度。
[0014]
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為:(I)本發(fā)明電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，操作簡單，易于控制，在短時(shí)間內(nèi)就可制得粒度均勻、形貌好、震實(shí)密度高的碳酸鈷；(2)本發(fā)明不僅可以生產(chǎn)出常規(guī)粒度的四氧化三鈷，還能生產(chǎn)出粒度在15-20微米甚至更大粒度的球形碳酸鈷，并且產(chǎn)品球形度好，粒度均勻；(3)本發(fā)明產(chǎn)品使用范圍較廣，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)大粒度的四氧化三鈷、鈷酸鋰等電池材料。
【附圖說明】
[0015]圖1是實(shí)施例3所制得電池級(jí)碳酸鈷的掃描電鏡圖；
圖2是實(shí)施例8所制得電池級(jí)碳酸鈷的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0017]實(shí)施例1
一種電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，包括如下步驟: 步驟(I )，氯化鈷水溶液配制濃度為100g/L，碳酸氫銨水溶液濃度為300g/L ；
步驟(2)，先向反應(yīng)爸內(nèi)加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至40°C ；
步驟(3)，開啟攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，向反應(yīng)釜內(nèi)以3L/h的流量加入氯化鈷水溶液；
步驟(4)，控制反應(yīng)終點(diǎn)PH為7.0，此為第一次沉淀，此時(shí)沉淀的碳酸鈷粒度為D50在
8.7微米；
步驟(5)，靜置陳化I小時(shí)后將上層澄清母液抽出，將沉淀物留在反應(yīng)釜內(nèi)；
步驟(6)，再次向反應(yīng)爸內(nèi)加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至40°C ；
步驟(7)，開啟攪拌，重復(fù)進(jìn)行第二次沉淀，操作與第一次沉淀相同，第二次沉淀后粒度為D50在10.2微米，第三次沉淀后粒度為D50為12微米，震實(shí)密度1.9g/cm3。
[0018]
實(shí)施例2
一種電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，包括如下步驟:
步驟(I)，硫酸鈷水溶液配制濃度為100g/L，碳酸氫銨水溶液濃度為400g/L ；
步驟(2)，先向反應(yīng)爸內(nèi)加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至50°C ；
步驟(3)，開啟攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，向反應(yīng)釜內(nèi)以3L/h的流量加入硫酸鈷水溶液；
步驟(4)，控制反應(yīng)終點(diǎn)PH為7.2，此為第一次沉淀，此時(shí)沉淀的碳酸鈷粒度為D50在
9.2微米；
步驟(5)，靜置陳化I小時(shí)后將上層澄清母液抽出，將沉淀物留在反應(yīng)釜內(nèi)；
步驟(6)，再次向反應(yīng)爸內(nèi)加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至50°C ；
步驟(7)，開啟攪拌，重復(fù)進(jìn)行第二次沉淀，操作與第一次沉淀相同，第二次沉淀后粒度為050在11.7微米，震實(shí)密度1.9g/cm3。
[0019]
實(shí)施例3
一種電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，包括如下步驟:
步驟(I )，氯化鈷水溶液配制濃度為80g/L，碳酸氫銨水溶液濃度為250g/L ；
步驟(2)，先向反應(yīng)爸內(nèi)加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至60°C ；
步驟(3)，開啟攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為180轉(zhuǎn)/分，向反應(yīng)釜內(nèi)以3L/h的流量加入氯化鈷水溶液；
步驟(4)，控制反應(yīng)終點(diǎn)PH為7.3，此為第一次沉淀，此時(shí)沉淀的碳酸鈷粒度為D50在8.3微米；
步驟(5)，靜置陳化I小時(shí)后將上層澄清母液抽出，將沉淀物留在反應(yīng)釜內(nèi)；
步驟(6)，再次向反應(yīng)爸內(nèi)加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至60°C ；
步驟(7)，開啟攪拌，重復(fù)進(jìn)行第二次沉淀，操作與第一次沉淀相同，第二次沉淀后粒度為D50在10.5微米。第三次沉淀后粒度為D50為12微米，震實(shí)密度1.9g/cm3。其掃描電鏡圖如圖1所示。
[0020]
實(shí)施例4 一種電池級(jí)碳酸鈷的制備方法，包括如下步驟:
步驟(I )，氯化鈷水溶液配制濃度為60g/L，碳酸氫銨水溶液濃度為100g/L ；
步驟(2)，先向反應(yīng)爸內(nèi)加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至60°C ；
步驟(3)，開啟攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為180轉(zhuǎn)/分，向反應(yīng)釜內(nèi)以3L/h的流量加入氯化鈷水溶液；