一種電池級碳酸鈷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種電池級碳酸鈷的制備方法，該方法所生產的大粒度球形碳酸鈷可用于生產常規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】
[0002]碳酸鈷做為四氧化三鈷、鈷酸鋰等電池材料的前驅體，很大程度上決定了電池材料的性能，現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現，大粒度的四氧化三鈷所生產的電池材料性能更好，擁有更高的電壓平臺及壓實密度，由大粒度的四氧化三鈷所生產的電池材料較多應用于高端領域。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四氧化三鈷及電池材料的性能起著決定性的作用。
[0003]現在生產粒度在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)以及重復并加法，但這些方法只是在生產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，震實密度偏低，重復并加法雖然可以制得粒度均勻及球形度較好的碳酸鈷，震實密度也較好，但重復沉淀次數多達20多次，生產時間長，要求設備多。
[0004]而且，這些方法只是在生產粒度在D50=10微米左右的碳酸鈷時適用，而如果要生產粒度在D50=15-20微米甚至更大粒度的碳酸鈷時，上述方法就無法達到，并且產品粒度、形貌均較差。因此如何克服現有技術的不足是目前電化學技術領域亟需解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決現有技術的不足，提供一種電池級碳酸鈷的制備方法，該方法生產工藝，操作簡單，易于控制，可廣泛用于生產常規粒度及大粒度的四氧化三鈷、鈷粉等電池材料。
[0006]本發明是通過鈷液與碳酸氫銨水溶液多次反加的方法，通過控制反應終點度、流量、攪拌速度、濃度等參數條件，來生產常規粒度及大粒度的球形碳酸鈷。
[0007]本發明采用的技術方案如下:
一種電池級碳酸鈷的制備方法，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釜體積1/3加入到反應釜中，加熱到40-60°C ;步驟(3)，在攪拌狀態下，將鈷鹽水溶液按l-5L/h的流量加入到反應釜內的碳酸氫銨水溶液中；
步驟(4)，控制反應終點PH為7-7.5，即當鈷鹽水溶液加入過程中，反應釜中PH值達到7-7.5時，停止加入鈷鹽水溶液；
步驟(5)，靜置陳化I小時以上后，將上層沉淀后的母液抽出，將沉淀物留在反應釜內； 步驟(6)，再次向反應爸內加入反應爸體積1/3碳酸氫錢水溶液，升溫至40-60°C ； 步驟(7)，重復步驟(3)- (5)，進行第二次沉淀；
步驟(8)，第二次沉淀后再次重復步驟(2)- (5)，直至達到所需要的粒度。
[0008]上述技術方案中所述的鈷鹽水溶液為氯化鈷或硫酸鈷水溶液。
[0009]上述技術方案中，進一步優選的是所述的碳酸氫銨與氯化鈷加入量的物質的量比為 1.3:1。
[0010]上述技術方案中沉淀到碳酸鈷粒度為D50=8-10微米時，進行2-4次沉淀過程即可達到要求粒度。
[0011]本發明技術方案中當沉淀3-5次后，反應釜內沉淀物較多，通過將反應釜內一部分沉淀物轉移至另一反應釜內，兩個反應釜可同時進行循環沉淀以加快粒度生產速度。
[0012]本發明技術方案中步驟(3)所述的減半速度為150-200轉/分。
[0013]上述技術方案中，進一步優選的是所述的電池級碳酸鈷的制備方法，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加入到反應釜中，加熱到40-60°C ；
步驟(3)，在攪拌狀態下，將氯化鈷水溶液按3L/h的流量加入到反應釜內的碳酸氫銨水溶液中；
步驟(4)，當加入的氯化鈷與碳酸氫銨質量比為1:1.3時，停止加入氯化鈷水溶液； 步驟(5)，靜置陳化I小時以上后，將上層沉淀后的母液抽出，將沉淀物留在反應釜內； 步驟(6)，再次向反應爸內加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至40-60°C ；
步驟(7)，重復步驟(3)- (5)，進行第二次沉淀；
步驟(8)，第二次沉淀后再次重復步驟(2)- (5)，直至達到所需要的粒度。
[0014]
本發明與現有技術相比，其有益效果為:(I)本發明電池級碳酸鈷的制備方法，操作簡單，易于控制，在短時間內就可制得粒度均勻、形貌好、震實密度高的碳酸鈷；(2)本發明不僅可以生產出常規粒度的四氧化三鈷，還能生產出粒度在15-20微米甚至更大粒度的球形碳酸鈷，并且產品球形度好，粒度均勻；(3)本發明產品使用范圍較廣，可廣泛應用于生產大粒度的四氧化三鈷、鈷酸鋰等電池材料。
【附圖說明】
[0015]圖1是實施例3所制得電池級碳酸鈷的掃描電鏡圖；
圖2是實施例8所制得電池級碳酸鈷的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0017]實施例1
一種電池級碳酸鈷的制備方法，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)，先向反應爸內加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至40°C ；
步驟(3)，開啟攪拌，攪拌轉速為200轉/分，向反應釜內以3L/h的流量加入氯化鈷水溶液；
步驟(4)，控制反應終點PH為7.0，此為第一次沉淀，此時沉淀的碳酸鈷粒度為D50在
8.7微米；
步驟(5)，靜置陳化I小時后將上層澄清母液抽出，將沉淀物留在反應釜內；
步驟(6)，再次向反應爸內加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至40°C ；
步驟(7)，開啟攪拌，重復進行第二次沉淀，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，震實密度1.9g/cm3。
[0018]
實施例2
一種電池級碳酸鈷的制備方法，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)，先向反應爸內加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至50°C ；
步驟(3)，開啟攪拌，攪拌轉速為150轉/分，向反應釜內以3L/h的流量加入硫酸鈷水溶液；
步驟(4)，控制反應終點PH為7.2，此為第一次沉淀，此時沉淀的碳酸鈷粒度為D50在
9.2微米；
步驟(5)，靜置陳化I小時后將上層澄清母液抽出，將沉淀物留在反應釜內；
步驟(6)，再次向反應爸內加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至50°C ；
步驟(7)，開啟攪拌，重復進行第二次沉淀，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，震實密度1.9g/cm3。
[0019]
實施例3
一種電池級碳酸鈷的制備方法，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)，先向反應爸內加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至60°C ；
步驟(3)，開啟攪拌，攪拌轉速為180轉/分，向反應釜內以3L/h的流量加入氯化鈷水溶液；
步驟(4)，控制反應終點PH為7.3，此為第一次沉淀，此時沉淀的碳酸鈷粒度為D50在8.3微米；
步驟(5)，靜置陳化I小時后將上層澄清母液抽出，將沉淀物留在反應釜內；
步驟(6)，再次向反應爸內加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至60°C ；
步驟(7)，開啟攪拌，重復進行第二次沉淀，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，震實密度1.9g/cm3。其掃描電鏡圖如圖1所示。
[0020]
實施例4 一種電池級碳酸鈷的制備方法，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)，先向反應爸內加入20L碳酸氫錢水溶液，升溫至60°C ；
步驟(3)，開啟攪拌，攪拌轉速為180轉/分，向反應釜內以3L/h的流量加入氯化鈷水溶液；