鋰電池正極氧化鈷的制備方法

摘 要：隨著當前我國社會的快速發(fā)展，我國社會中對高能電源電池材料領(lǐng)域的研發(fā)也越加深入。通過研究鋰電池正極氧化鈷的制備方法，便可以更好的促進我國鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文中主要研究了鋰電池正極氧化鈷的制備方法，文中首先分析了鋰電池正極氧化鈷制備的技術(shù)背景，然后對鋰電池正極氧化鈷的研究現(xiàn)狀進行概述。最后結(jié)合實際情況，對鋰電池正極氧化鈷制備過程中的方法步驟進行分析，來借此提高我國鋰電池正極制備中的工藝技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：鋰電池;正極;氧化鈷;制備步驟

引言

目前我國鋰電池正極氧化鈷制備過程中，主要是通過氯化鈷溶液和硝酸鈷溶液與碳酸氫氨溶液進行反應，通過以上三種溶液在反應過程中便可以得到基本材料碳酸鈷。研發(fā)人員需要將碳酸鈷在400～600攝氏度的溫度下進行鍛燒反應，在鍛燒反應結(jié)束后，研發(fā)人員更需要將鍛燒完成后的碳酸鈷放置于800～1200的溫度下進行二次鍛燒，這次鍛燒的目的是為了將反應物生成四氧化三鈷。研究人員需要將生成的四氧化三鈷進行粉碎，再將粉碎后的四氧化三鈷進行提煉，然后就可以得到鋰電池正極中使用的氧化鈷材料。在對氧化鈷材料進行選擇過程中，研發(fā)人員需要確保粉碎后的氧化鈷材料直徑在3～4毫米，粒子密度分布在0.71～1.34g/cm3，還需要保證制備的氧化鈷含鐵量小于5%，振實密度10度在0.212～3.514g/cm3之間。還需要保證制備出的氧化鈷具備較強的抗耐磨能力，只有這樣才可以應用于鋰電池的正極材料。

一、鋰電池正極氧化鈷制備的技術(shù)背景

鋰電池正極材料中所使用的氧化鈷對鋰電池正極的性能、電池充電放電的容量、鋰電池的放電平臺、循環(huán)壽命等相關(guān)特性具有重要的影響。因此在鋰電池正極氧化鈷的制作過程中，工作人員需要嚴格的根據(jù)鋰電池正極氧化鈷制備過程中的化學成分和制備步驟進行作業(yè)，此外還需要確保制備的氧化鈷具有合理的密度分布和粒徑尺寸。

目前我國在鋰電池正極氧化鈷的制備過程中，由于使用了昂貴的表面活性劑，從而增加了氧化鈷制備過程中的成本和工藝復雜性。但是如果沒有添加表面活性氧化劑，便會造成氧化鈷制備過程中的工序發(fā)生缺失，從而使得形成鈷酸鋰的粉末過細，無法正常的融入鋰電池的正極材料前驅(qū)體中。因此當下通過在氧化鈷的制備過程中，發(fā)明出一種工藝簡單，成本較低且投資少的系列化電池正極氧化鈷生產(chǎn)方法，便成了當前生產(chǎn)工藝中的首要目的。

二、鋰電池正極氧化鈷的基本概述

鋰電池正極氧化鈷的制備方法，首先，科研人員需要將氯化鈷溶液和金屬鈷溶解于硝酸溶液中，這樣就可以形成還有大量鈷物質(zhì)的硝酸鈷溶液。然后通過將硝酸鈷溶液與碳酸氫氨溶液進行反應，在反應的過程中便可以形成制備鋰電池正極材料的初步基礎(chǔ)物質(zhì)碳酸鈷。再將這種材料放置于430度至670度的溫度下進行煅燒，根據(jù)具體情況可以煅燒2～4個小時;在鍛燒結(jié)束后，科研人員需要將煅燒后的碳酸鈷放于常溫下進行冷卻;在冷卻之后再進行800～1040度的兩段式燒結(jié)，這次燒結(jié)時間需要控制在3～10個小時之內(nèi)，來確保鍛燒后的碳酸鈷可以完全反應成四氧化三鈷;科研人員需要將得到后的四氧化三鈷進行粉碎升級，然后將粉碎后的四氧化三鈷過濾凈化，就可以得到最后的成品鋰電池正極材料氧化鈷。

三、鋰電池正極氧化鈷制備過程中的方法步驟

（1）進行鈷鹽溶液的配置

在進行鈷鹽溶液的配置過程中，科研人員首先需要將硝酸添加到高純度的金屬鈷，這樣就可以得到硝酸鈷溶液。此外在溶液的配置過程中，需要將硝酸鈷溶液配制100～250克每升的溶液濃度，當溶液配置完成后，需要靜置4～5個小時，等待硝酸銨溶液中的溶質(zhì)下沉到底部時，科研人員需要取上層的澄清液體進行使用。

（2）進行碳銨溶液的配置

科研人員在進行碳銨溶液的配置過程中，需要通過碳酸氫銨和去離子水進行混合，然后在科學的配比下形成濃度在10%～25%梯度下的溶液。同樣在溶液配置完成后，需要靜置放置4～5個小時，然后取上層的澄清液體進行使用。

（3）進行溶液之間的組合

科研人員在進行配置過程中，還需要通過溶液之間的相互混合從而生成相應的實驗物質(zhì)，這就需要將配置而成的碳酸氫銨溶液加入帶有攪拌器和溫度計的反應釜，科研人員需要控制反應釜攪拌過程中的速度，速度需要保持在50～200轉(zhuǎn)每分鐘。同時還需要將上述步驟中所配置的硝酸鈷溶液和氯化鈷溶液，在3～5個小時內(nèi)加入到正在攪拌過程中的碳酸氫銨溶液中，科研人員需要控制實驗溶液中鈷的重量在1.5%～2.5%之間，在合成過程中的溫度需要維持在45攝氏度至80攝氏度之間。

（4）對反應物進行漂洗、過濾、干燥等處理

在反應結(jié)束過后，科研人員需要將得到的碳酸鈷進行過濾清洗，然后得到相應的濾餅，通過對過濾餅進行去離子水的多次洗滌，還將反應過程中的雜質(zhì)進行清除?？蒲腥藛T還需要將過濾餅放置于120攝氏度至180攝氏度的溫度下進行干燥2～14個小時，在干燥結(jié)束過后，便可以得到淡紅色的碳酸鈷粉末。在得到碳酸鈷粉末后，科研人員需要對碳酸鈷粉末進行密度和純度的檢測，需要確保碳酸鈷粉末的純度達到99%以上，才可以進入后續(xù)的實驗步驟。

（5）對制備物進行高溫煅燒

在對制備而成的碳酸鈷粉末進行高溫煅燒的過程中，科研人員需要將高溫爐內(nèi)保持良好的通風狀態(tài)，然后在50攝氏度至1000攝氏度的煅燒溫度下，對碳酸硅粉末進行煅燒2～4個小時，然后便可以得到黑色的氧化鈷松散燒結(jié)塊體，在對氧化鈷松散燒結(jié)塊體進行濃度測量中，需要確保其中亞鈷的含量小于5%。再通過對碳酸鈷團聚形成的樣貌、燒結(jié)時間、通風狀態(tài)、燒結(jié)溫度等相關(guān)因素進行控制，便可以將產(chǎn)物固含量控制在72%～74%之間。

四、結(jié)束語

通過對鋰電池正極材料氧化鈷的制備進行研究，便可以探索出工藝簡單、成本較低且環(huán)保的電池正極氧化鈷生產(chǎn)方案，從而促進我國電子產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻：

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[2]張澤波，郭鳴鳳，楊瑞敏，等. AA 型人造石墨-氧化鈷鋰鋰離子電池的溫度特性[J].電源技術(shù)， 2017（6）：238-239.

作者簡介：

訚碩，男，1980年12月出生，2003年6月畢業(yè) 于中南大學化學工程系冶金工程與科學專業(yè);現(xiàn)就職于湖 南中偉新能源科技有限公司任職技術(shù)總工程師并任職中偉 新材料有限公司中偉研究院院長。