一种电池级碳酸钴的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种电池级碳酸钴的制备方法，该方法所生产的大粒度球形碳酸钴可用于生产常规粒度及大粒度的四氧化三钴、钴粉等电池材料和金属材料。
【背景技术】
[0002]碳酸钴做为四氧化三钴、钴酸锂等电池材料的前驱体，很大程度上决定了电池材料的性能，现在使用较多的四氧化三钴粒度多为D50=5-10微米，它是由是由粒度为D50为10-12微米的碳酸钴煅烧而成，此部分较多用于中端电池材料，而近些年电池材料方向的研究发现，大粒度的四氧化三钴所生产的电池材料性能更好，拥有更高的电压平台及压实密度，由大粒度的四氧化三钴所生产的电池材料较多应用于高端领域。而大粒度的四氧化三钴主要由大粒度的碳酸钴煅烧而成，因此大粒度的碳酸钴对四氧化三钴及电池材料的性能起着决定性的作用。
[0003]现在生产粒度在D50=10_12微米的碳酸钴工艺较多，有钴液与碳酸氢铵水溶液并流加入反应器的方法(并加法)、钴液加入碳酸氢铵水溶液中的方法(正加法)、碳酸氢铵水溶液加入钴液中的方法(反加法)以及重复并加法，但这些方法只是在生产碳酸钴的过程中并加法与正加法所制得的碳酸钴粒度及球形度较差，震实密度偏低，重复并加法虽然可以制得粒度均匀及球形度较好的碳酸钴，震实密度也较好，但重复沉淀次数多达20多次，生产时间长，要求设备多。
[0004]而且，这些方法只是在生产粒度在D50=10微米左右的碳酸钴时适用，而如果要生产粒度在D50=15-20微米甚至更大粒度的碳酸钴时，上述方法就无法达到，并且产品粒度、形貌均较差。因此如何克服现有技术的不足是目前电化学技术领域亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种电池级碳酸钴的制备方法，该方法生产工艺，操作简单，易于控制，可广泛用于生产常规粒度及大粒度的四氧化三钴、钴粉等电池材料。
[0006]本发明是通过钴液与碳酸氢铵水溶液多次反加的方法，通过控制反应终点度、流量、搅拌速度、浓度等参数条件，来生产常规粒度及大粒度的球形碳酸钴。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
一种电池级碳酸钴的制备方法，包括如下步骤:
步骤(I)，配制钴盐水溶液60-120g/L，碳酸氢铵水溶液100-400g/L ;
步骤(2)，将碳酸氢铵水溶液按反应釜体积1/3加入到反应釜中，加热到40-60°C ;步骤(3)，在搅拌状态下，将钴盐水溶液按l-5L/h的流量加入到反应釜内的碳酸氢铵水溶液中；
步骤(4)，控制反应终点PH为7-7.5，即当钴盐水溶液加入过程中，反应釜中PH值达到7-7.5时，停止加入钴盐水溶液；
步骤(5)，静置陈化I小时以上后，将上层沉淀后的母液抽出，将沉淀物留在反应釜内； 步骤(6)，再次向反应爸内加入反应爸体积1/3碳酸氢钱水溶液，升温至40-60°C ； 步骤(7)，重复步骤(3)- (5)，进行第二次沉淀；
步骤(8)，第二次沉淀后再次重复步骤(2)- (5)，直至达到所需要的粒度。
[0008]上述技术方案中所述的钴盐水溶液为氯化钴或硫酸钴水溶液。
[0009]上述技术方案中，进一步优选的是所述的碳酸氢铵与氯化钴加入量的物质的量比为 1.3:1。
[0010]上述技术方案中沉淀到碳酸钴粒度为D50=8-10微米时，进行2-4次沉淀过程即可达到要求粒度。
[0011]本发明技术方案中当沉淀3-5次后，反应釜内沉淀物较多，通过将反应釜内一部分沉淀物转移至另一反应釜内，两个反应釜可同时进行循环沉淀以加快粒度生产速度。
[0012]本发明技术方案中步骤(3)所述的减半速度为150-200转/分。
[0013]上述技术方案中，进一步优选的是所述的电池级碳酸钴的制备方法，包括如下步骤:
步骤(I)，配制氯化钴水溶液60-120g/L，碳酸氢铵水溶液100-400g/L ;
步骤(2)，将碳酸氢铵水溶液按20L加入到反应釜中，加热到40-60°C ；
步骤(3)，在搅拌状态下，将氯化钴水溶液按3L/h的流量加入到反应釜内的碳酸氢铵水溶液中；
步骤(4)，当加入的氯化钴与碳酸氢铵质量比为1:1.3时，停止加入氯化钴水溶液； 步骤(5)，静置陈化I小时以上后，将上层沉淀后的母液抽出，将沉淀物留在反应釜内； 步骤(6)，再次向反应爸内加入20L碳酸氢钱水溶液，升温至40-60°C ；
步骤(7)，重复步骤(3)- (5)，进行第二次沉淀；
步骤(8)，第二次沉淀后再次重复步骤(2)- (5)，直至达到所需要的粒度。
[0014]
本发明与现有技术相比，其有益效果为:(I)本发明电池级碳酸钴的制备方法，操作简单，易于控制，在短时间内就可制得粒度均匀、形貌好、震实密度高的碳酸钴；(2)本发明不仅可以生产出常规粒度的四氧化三钴，还能生产出粒度在15-20微米甚至更大粒度的球形碳酸钴，并且产品球形度好，粒度均匀；(3)本发明产品使用范围较广，可广泛应用于生产大粒度的四氧化三钴、钴酸锂等电池材料。
【附图说明】
[0015]图1是实施例3所制得电池级碳酸钴的扫描电镜图；
图2是实施例8所制得电池级碳酸钴的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0017]实施例1
一种电池级碳酸钴的制备方法，包括如下步骤: 步骤(I )，氯化钴水溶液配制浓度为100g/L，碳酸氢铵水溶液浓度为300g/L ；
步骤(2)，先向反应爸内加入20L碳酸氢钱水溶液，升温至40°C ；
步骤(3)，开启搅拌，搅拌转速为200转/分，向反应釜内以3L/h的流量加入氯化钴水溶液；
步骤(4)，控制反应终点PH为7.0，此为第一次沉淀，此时沉淀的碳酸钴粒度为D50在
8.7微米；
步骤(5)，静置陈化I小时后将上层澄清母液抽出，将沉淀物留在反应釜内；
步骤(6)，再次向反应爸内加入20L碳酸氢钱水溶液，升温至40°C ；
步骤(7)，开启搅拌，重复进行第二次沉淀，操作与第一次沉淀相同，第二次沉淀后粒度为D50在10.2微米，第三次沉淀后粒度为D50为12微米，震实密度1.9g/cm3。
[0018]
实施例2
一种电池级碳酸钴的制备方法，包括如下步骤:
步骤(I)，硫酸钴水溶液配制浓度为100g/L，碳酸氢铵水溶液浓度为400g/L ；
步骤(2)，先向反应爸内加入20L碳酸氢钱水溶液，升温至50°C ；
步骤(3)，开启搅拌，搅拌转速为150转/分，向反应釜内以3L/h的流量加入硫酸钴水溶液；
步骤(4)，控制反应终点PH为7.2，此为第一次沉淀，此时沉淀的碳酸钴粒度为D50在
9.2微米；
步骤(5)，静置陈化I小时后将上层澄清母液抽出，将沉淀物留在反应釜内；
步骤(6)，再次向反应爸内加入20L碳酸氢钱水溶液，升温至50°C ；
步骤(7)，开启搅拌，重复进行第二次沉淀，操作与第一次沉淀相同，第二次沉淀后粒度为050在11.7微米，震实密度1.9g/cm3。
[0019]
实施例3
一种电池级碳酸钴的制备方法，包括如下步骤:
步骤(I )，氯化钴水溶液配制浓度为80g/L，碳酸氢铵水溶液浓度为250g/L ；
步骤(2)，先向反应爸内加入20L碳酸氢钱水溶液，升温至60°C ；
步骤(3)，开启搅拌，搅拌转速为180转/分，向反应釜内以3L/h的流量加入氯化钴水溶液；
步骤(4)，控制反应终点PH为7.3，此为第一次沉淀，此时沉淀的碳酸钴粒度为D50在8.3微米；
步骤(5)，静置陈化I小时后将上层澄清母液抽出，将沉淀物留在反应釜内；
步骤(6)，再次向反应爸内加入20L碳酸氢钱水溶液，升温至60°C ；
步骤(7)，开启搅拌，重复进行第二次沉淀，操作与第一次沉淀相同，第二次沉淀后粒度为D50在10.5微米。第三次沉淀后粒度为D50为12微米，震实密度1.9g/cm3。其扫描电镜图如图1所示。
[0020]
实施例4 一种电池级碳酸钴的制备方法，包括如下步骤:
步骤(I )，氯化钴水溶液配制浓度为60g/L，碳酸氢铵水溶液浓度为100g/L ；
步骤(2)，先向反应爸内加入20L碳酸氢钱水溶液，升温至60°C ；
步骤(3)，开启搅拌，搅拌转速为180转/分，向反应釜内以3L/h的流量加入氯化钴水溶液；