一种掺铝碳酸钴后处理方法、掺铝碳酸钴及其应用与流程

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种掺铝碳酸钴后处理方法、掺铝碳酸钴及其应用。

背景技术：

1、随着高端数码、新能源储能领域对锂电池能量密度与耐压性能的需求持续升级，4.45v及以上高电压钴酸锂正极材料凭借高压实密度、高放电平台的优势，成为高端锂电的核心材料。相较于常规4.35v以下钴酸锂，高电压体系可大幅提升电池能量密度，但高压充放电工况易引发材料晶格畸变、钴离子溶出及界面副反应频发等问题，造成电池循环衰减快、热稳定性差，极大限制了高电压钴酸锂的规模化量产应用。

2、铝元素是钴酸锂优选改性元素，可有效稳定晶格结构、抑制高压晶格畸变，改善效果明显，因此得到规模产业化应用。但是由于al在碳酸盐体系中沉淀不稳定，在后处理洗涤和烘干环节中，表面不稳定的al很快水解形成al(oh)3，导致al偏析生成，随al掺杂量提高，偏析程度加重。因此需要改善高掺铝碳酸钴后处理方法，抑制其表面al偏析。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种掺铝碳酸钴后处理方法、掺铝碳酸钴及其应用，该后处理方法适用于不同颗粒大小的掺铝碳酸钴浆料，以解决掺铝碳酸钴洗涤环节中的al偏析问题。

2、根据本发明的第一方面，提出了一种掺铝碳酸钴后处理方法，包括以下步骤：

3、s1：制备第一掺铝碳酸钴浆料；

4、s2：将添加剂加入到所述第一掺铝碳酸钴浆料后进行恒温熟化处理，得到第二掺铝碳酸钴浆料；

5、s3：将所述第二掺铝碳酸钴浆料进行固液分离，所得固相经洗涤、干燥后得到掺铝碳酸钴；

6、其中，

7、所述添加剂为柠檬酸、柠檬酸铵、柠檬酸钠或乙二胺四乙酸钠盐（edta-na）中的至少一种；

8、所述洗涤用的洗水包含柠檬酸、柠檬酸铵、柠檬酸钠或乙二胺四乙酸钠盐（edta-na）中的至少一种。

9、在一些实施方式中，步骤s1中，所述第一掺铝碳酸钴浆料的制备方法包括以下步骤：配制钴铝混合盐溶液、第一碳酸氢铵溶液和第二碳酸氢铵溶液，将所述钴铝混合盐溶液与所述第一碳酸氢铵溶液并流加入所述第二碳酸氢铵溶液进行反应，得到包含铝元素的碳酸钴浆料。

10、在一些优选的实施方式中，所述第一掺铝碳酸钴浆料的制备方法满足以下条件中的至少一项：

11、a.钴铝混合盐溶液中的铝元素与钴元素的质量比为0.008~0.0216；

12、b.所述钴铝混合盐溶液中的钴元素的浓度为100~135g/l；

13、c.所述第一碳酸氢铵溶液的浓度为180~260g/l；

14、d.所述第二碳酸氢铵溶液的浓度为0.5~3mol/l；

15、e.所述钴铝混合盐溶液的流量为7~40l/h；

16、f.所述第一碳酸氢铵溶液的流量以维持反应ph在6.6~8.2之间为准；

17、g.所述反应的温度为30~45℃；

18、h.所述反应伴随搅拌，所述搅拌的频率为27~48hz。

19、在一些实施方式中，步骤s1中，所述第一掺铝碳酸钴浆料的固含量为200~900g/l，粒度为3~25μm，ph为6.6~8.2。

20、在一些优选的实施方式中，所述第一掺铝碳酸钴浆料的粒度为3~5μm或19~25μm中的一种。

21、在一些实施方式中，步骤s1中，所述第一掺铝碳酸钴浆料中的铝元素与钴元素的质量比为0.008~0.0216。

22、在一些优选的实施方式中，所述第一掺铝碳酸钴浆料中的铝元素与钴元素的质量比为0.0122-0.0216。铝掺量高的碳酸钴在后处理中更容易出现偏析，而本发明提出的后处理方法对于高掺铝碳酸钴同样具有很好的抑制偏析效果。

23、在一些实施方式中，步骤s2中，所述添加剂加入后的浓度为0.5~3g/l。

24、在一些实施方式中，步骤s2中，所述恒温熟化处理的温度为30~45℃，时间为4~10h。

25、在一些实施方式中，步骤s3中，所述洗涤所用的洗水的浓度为0.5~3g/l。

26、在一些实施方式中，步骤s3中，所述洗涤所用的洗水的温度为50~80℃。

27、在一些实施方式中，步骤s3中，所述洗涤所用的洗水的质量为所述固相的质量的6~10倍。

28、在一些实施方式中，步骤s3中，所述干燥的温度为80~130℃，时间为8~15h。

29、根据本发明的第二方面，提出了一种掺铝碳酸钴，由本发明第一方面所述的掺铝碳酸钴后处理方法制备得到，所述掺铝碳酸钴中氯元素的质量含量＜70ppm，硫元素的质量含量＜30ppm。

30、根据本发明的第三方面，提出了本发明第一方面所述的掺铝碳酸钴后处理方法制备得到的掺铝碳酸钴或第二方面所述的掺铝碳酸钴在钴酸锂正极材料中的应用。

31、根据本发明的一种实施方式，至少具有以下有益效果：

32、1、湿法合成掺铝碳酸钴的一个突出问题是：掺铝量越高，al越容易在颗粒表面单独析出、分布越不均匀。常规水洗过程中，随着颗粒表面微环境ph的变化，al3+极易水解生成al(oh)3胶体，以非晶态形式偏析于颗粒表面。而含柠檬酸根或edta的添加剂的引入，通过将表面活性al3+络合锁定在液相中，有效阻止了al的水解析出和表面偏析，实现了al元素在颗粒内部的均匀分布。

33、2、以柠檬酸根为例，柠檬酸根吸附于颗粒表面后，可形成一层带负电荷的吸附层，通过静电排斥作用有效防止颗粒间的聚集粘连。这不仅有利于熟化阶段颗粒的均匀分散，更在洗涤环节改善了固液传质效率，使杂质离子能够更充分地从颗粒间隙和表面解吸进入液相。洗涤过程中cl-、na+、s2-等杂质元素能够被更充分地去除。同时，有机酸根在后续煅烧过程中可完全分解挥发，不引入任何新的杂质元素，确保了最终产物的高纯度。

34、3、不同粒径和掺铝量的碳酸钴颗粒，其表面活性、比表面积和扩散传质行为存在显著差异。本发明中柠檬酸的络合-分散协同机制不依赖于特定的粒径或掺铝量区间，无论是对比表面积大、表面活性高的小颗粒，还是对扩散路径长、内部杂质难以脱除的大颗粒，均能有效发挥作用，这赋予本发明的工艺方案广泛的原料适应性和工业化推广价值。

1.一种掺铝碳酸钴后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的掺铝碳酸钴后处理方法，其特征在于，步骤s1中，所述第一掺铝碳酸钴浆料的制备方法包括以下步骤：配制钴铝混合盐溶液、第一碳酸氢铵溶液和第二碳酸氢铵溶液，将所述钴铝混合盐溶液与所述第一碳酸氢铵溶液并流加入所述第二碳酸氢铵溶液进行反应，得到包含铝元素的碳酸钴浆料。

3.根据权利要求1所述的掺铝碳酸钴后处理方法，其特征在于，步骤s1中，所述第一掺铝碳酸钴浆料的固含量为200~900g/l，粒度为3~25μm，ph为6.6~8.2。

4.根据权利要求1所述的掺铝碳酸钴后处理方法，其特征在于，步骤s2中，所述添加剂加入后的浓度为0.5~3g/l。

5.根据权利要求1所述的掺铝碳酸钴后处理方法，其特征在于，步骤s2中，所述恒温熟化处理的温度为30~45℃，时间为4~10h。

6.根据权利要求1所述的掺铝碳酸钴后处理方法，其特征在于，步骤s3中，所述洗涤所用的洗水的浓度为0.5~3g/l。

7.根据权利要求1所述的掺铝碳酸钴后处理方法，其特征在于，步骤s3中，所述洗涤所用的洗水的温度为50~80℃。

8.根据权利要求1所述的掺铝碳酸钴后处理方法，其特征在于，步骤s3中，所述洗涤所用的洗水的质量为所述固相的质量的6~10倍。

9.一种掺铝碳酸钴，由权利要求1-8任一项所述的掺铝碳酸钴后处理方法制备得到，其特征在于，所述掺铝碳酸钴中氯元素的质量含量＜70ppm，硫元素的质量含量＜30ppm。

10.权利要求1-8任一项所述的掺铝碳酸钴后处理方法制备得到的掺铝碳酸钴或权利要求9所述的掺铝碳酸钴在钴酸锂正极材料中的应用。