本發(fā)明涉及電池材料，具體而言，涉及一種氫氧化鈷及其制備方法與應用。

背景技術：

1、隨著電動汽車的普及，電動汽車（ev）市場較為關注高能量密度、低成本的鋰離子電池（libs）。其中，正極材料的性能對電池性能和循環(huán)壽命起著至關重要的作用，相較而言，三元正極材料金屬氧化物具有較高能量密度和較低的原料成本，被視為理想的鋰離子電池正極材料。

2、雖然三元正極材料可以提供理想的能量密度，但在混鋰燒結過程中，鋰源相對于過渡金屬通常是過量的，這會導致正極材料表面存在殘余鋰。因此三元正極材料如果暴露在空氣中，材料表面的殘鋰會與空氣中的co2、h2o發(fā)生反應形成氫氧化鋰、碳酸鋰等副產(chǎn)物，阻礙鋰離子遷移的同時，還會出現(xiàn)與電解液、聚合物黏結劑等發(fā)生副反應并產(chǎn)生氣體等現(xiàn)象，對電池的安全性構成了較大的危險。

3、此外，中高鎳三元正極材料由于鎳含量較高，材料有較高的可逆放電比容量，但循環(huán)性能變差。這主要是材料不穩(wěn)定的表面性質、結構缺陷和鋰鎳混排、晶間裂紋和微應變所導致。

4、因此，為了解決上述問題，研究者提出了許多改性策略主要包括：表界面工程、體相摻雜、形貌控制、表面涂層等改性手段。目前，常見的涂層化合物主要有氧化物、氟化物、磷酸鹽等惰性化合物和碳基材料、含鋰化合物等導電類材料，而鈷類化合物作為表面涂層的研究相對較少。

5、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種氫氧化鈷及其制備方法與應用，以解決或改善上述技術問題。

2、本發(fā)明可這樣實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種氫氧化鈷的制備方法，其包括以下步驟：將可溶性鈷鹽溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液在具有底液的反應裝置內(nèi)進行沉淀反應，直至顆粒粒徑長至預設粒徑；

4、其中，沉淀劑溶液中的沉淀劑為naoh溶液；絡合劑為表面活性劑，表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉（sdbs）、十二烷基磺酸鈉（sds）、十二烷基三甲基溴化銨（dtab）、十六烷基三甲基溴化銨（ctab）、聚氧乙烯聚氧丙烯醚（f127）、聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物（p123）、聚乙烯吡咯烷酮（pvp）和聚乙二醇（peg）中的至少一種。

5、在可選的實施方式中，沉淀反應的條件包括：溫度為30℃~70℃，攪拌轉速為300rpm~700rpm，反應體系中氫氧根的濃度不超過2.0mol/l，反應氣氛為保護氣氛。

6、在可選的實施方式中，反應體系中氫氧根的濃度為0.001mol/l~2.0mol/l。

7、在可選的實施方式中，反應體系中氫氧根的濃度為0.02mol/l~2.0mol/l。

8、在可選的實施方式中，可溶性鈷鹽包括硫酸鈷；可溶性鈷鹽溶液的濃度為1mol/l~3mol/l；

9、和/或，沉淀劑溶液中naoh的濃度為10%~50%；

10、和/或，絡合劑溶液中，絡合物的濃度為0.1g/l~100g/l。

11、在可選的實施方式中，可溶性鈷鹽溶液、絡合劑溶液以及沉淀劑溶液以并流方式加入底液中，其中，可溶性鈷鹽溶液的流量為1l/h~30l/h，絡合劑溶液的流量為60ml/h~400ml/h，沉淀劑溶液用于控制反應體系中氫氧根的濃度。

12、在可選的實施方式中，底液由水和液堿溶液混合而得；其中，水的體積為反應容器體積的30%~70%，底液中氫氧根的濃度不超過2.0mol/l。

13、在可選的實施方式中，還包括：將共沉淀反應得到的漿料進行陳化、過濾，形成濾餅；對濾餅進行離心洗滌、漿化以及干燥；

14、其中，陳化時間為2h~6h；

15、和/或，離心洗滌包括：對濾餅依次進行堿洗和水洗；其中，堿洗包括以下條件：堿洗溫度為25℃~100℃，堿洗所用洗滌試劑為1mol/l~3mol/l的氫氧化鈉；堿洗所用的洗滌試劑的體積為25l~200l；水洗包括以下條件：水洗溫度為70℃~100℃，水洗所用的水的體積為50l~400l；離心洗滌后的濾餅中，na含量≤1000ppm，s含量≤1000ppm；

16、和/或，漿化時間為0.5h~5h；

17、和/或，干燥溫度為50℃~120℃，干燥至物料的水分含量≤0.8%。

18、第二方面，本發(fā)明提供一種氫氧化鈷，其經(jīng)前述實施方式任一項的制備方法制備而得。

19、在可選的實施方式中，氫氧化鈷為納米片狀結構；

20、和/或，氫氧化鈷的平均粒度d50為0.2μm~5μm。

21、和/或，所述氫氧化鈷的厚度≤100nm。

22、第三方面，本發(fā)明提供一種改性正極材料，該改性正極材料由正極材料的表面包覆前述實施方式的氫氧化鈷而得。

23、在可選的實施方式中，正極材料為鎳鈷錳三元正極材料。

24、第四方面，本發(fā)明提供一種電池，該電池具有前述實施方式的改性正極材料。

25、本發(fā)明的有益效果包括：

26、本發(fā)明提供的氫氧化鈷的制備方法操作簡單，過程易控。通過連續(xù)加料濕法合成的方式，采用不同的表面活性劑，可獲得尺寸不一且具有納米片狀結構的氫氧化鈷產(chǎn)品，該產(chǎn)品中，不同的氫氧化鈷顆粒呈現(xiàn)空間交錯的形式，有利于提高活性物質的利用率、提高充放電循環(huán)壽命、提高電極的導電性和充電效率等。將其對正極材料進行包覆，可提升正極材料的熱穩(wěn)定性和結構穩(wěn)定性、抑制正極材料與電解質的界面反應從而增強其循環(huán)穩(wěn)定性，進而可提升電池的比容量和容量循環(huán)保持率。

技術特征：

1.一種氫氧化鈷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將可溶性鈷鹽溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液在具有底液的反應裝置內(nèi)進行沉淀反應，直至顆粒粒徑長至預設粒徑；

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，沉淀反應的條件包括：溫度為30℃~70℃，攪拌轉速為300rpm~700rpm，反應體系中氫氧根的濃度不超過2.0mol/l，反應氣氛為保護氣氛。

3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述可溶性鈷鹽包括硫酸鈷；所述可溶性鈷鹽溶液的濃度為1mol/l~3mol/l；

4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述可溶性鈷鹽溶液、所述絡合劑溶液以及所述沉淀劑溶液以并流方式加入所述底液中，其中，所述可溶性鈷鹽溶液的流量為1l/h~30l/h，所述絡合劑溶液的流量為60ml/h~400ml/h，所述沉淀劑溶液用于控制反應體系中氫氧根的濃度。

5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述底液由水和液堿溶液混合而得；其中，水的體積為反應容器體積的30%~70%，所述底液中氫氧根的濃度不超過2.0mol/l。

6.根據(jù)權利要求1~5任一項所述的制備方法，其特征在于，還包括：將共沉淀反應得到的漿料進行陳化、過濾，形成濾餅；對所述濾餅進行離心洗滌、漿化以及干燥；

7.一種氫氧化鈷，其特征在于，經(jīng)權利要求1~6任一項所述的制備方法制備而得；所述氫氧化鈷為納米片狀結構；

8.一種改性正極材料，其特征在于，所述改性正極材料由正極材料的表面包覆權利要求7所述的氫氧化鈷而得。

9.一種電池，其特征在于，所述電池具有權利要求8所述的改性正極材料。

技術總結
本發(fā)明公開了一種氫氧化鈷及其制備方法與應用，屬于電池材料技術領域。該制備方法包括：將可溶性鈷鹽溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液進行沉淀反應；沉淀劑為NaOH溶液；絡合劑為表面活性劑，表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇等中的至少一種。該方法操作簡單，過程易控，通過對表面活性劑進行調(diào)控，可獲得尺寸不一且具有獨特空間交錯的納米片狀結構的氫氧化鈷，有利于提高活性物質的利用率、提高充放電循環(huán)壽命、電極的導電性和充電效率等。將其作為包覆層可提升正極材料的熱穩(wěn)定性和結構穩(wěn)定性、抑制正極材料與電解質的界面反應從而增強其循環(huán)穩(wěn)定性。

技術研發(fā)人員：王碩,邢王燕,陽銳,王承喬,左美華,張彬,王政強
受保護的技術使用者：宜賓光原鋰電材料有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19