电池级四氧化三钴的实验研究及中试

摘要

CO<,3>O<,4>粉末在催化剂、磁性材料及电化学等领域有着十分广泛的应用，特别是九十年代以后锂离子电池行业的需求的巨大增长，传统的湿法制备CO<,3>O<,4>粉末的生产工艺己不能满足电池行业对粉末的粒度和形貌的要求。探索合适的控制粒度和形貌的方法与理论，对于制备电池级CO<,3>O<,4>粉末具有十分重要的意义。 尿素均匀沉淀体系中，反应物浓度的不同使粒子呈现出形貌的多样性。其原因在于初始晶粒中阴离子的种类和化学计量数的差别使其化学组成产生差异。根据Gibbs吸附定律，新生成的沉淀物粒子具有吸附周围介质中的分子或离子以降低其表面能的能力。可以设计一个低界面张力的体系，使粒子在其中处于热力学稳定状态，成为具有特定形貌和粒度的单分散体系。同时，吸附作用又会使粒子表面带电，产生团聚电垒。电位能够反映粒子表面带电情况，因此粒子电位的变化可以作为定义这一体系的依据。在一定条件下，根据不同的体系所得粒子的电位随pH值变化的趋势，通过调整反应和陈化过程的PH值和离子强度，能够控制体系的界面张力，制备出单分散钴化物沉淀。 用NH<,4>HCO<,3>连续均匀沉淀制取碳酸钴的过程中，利用结晶学和催化剂制备的有关理论，深入分析了化学沉淀法制备球形CoCO<,3>晶体的结晶和动态生长过程以及相关的影响因素。采用“受控化学结晶法”制备出了堆积密度和结晶度较高、流动性较好的球形CoCO<,3>，系统研究了反应pH值、搅拌方式、反应时间等主要工艺条件对CoCO<,3>结晶过程和物理性能的影响。 此外，还研究了沉淀物在热分解过程中颗粒粒度与形貌的变化规律及相关机理。制备尖晶石型电池级Co<,3>O<,4>粉体过程中，煅烧产物与前驱物呈现出粒度上的继承性。当分解温度较低时，产物呈现多孔特征，适合的分解温度(～850℃)和煅烧时间(8h)可以得到呈多面体形貌的电池级Co<,3>O<,4>。 在实验室研究的基础上，采用NH<,4>HCO<,3>连续均匀沉淀体系，用综合优化的方法设计了中试生产电池级C0304材料的生产系统。并解决了一些关键因素：生产原料的选择、生产设备的选型及生产工艺流程的优化。将中试产品在国内某大型锂离子电池正极材料生产企业连续制备LiCoO<,2>正极材料，对正极材料的分析和检测结果表明本中试产品完全能满足该企业的LiCoO<,2>的质量标准，且电化学性I能指标优良，达到国内先进水平。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

第二章实验研究思路、研究内容及检测方法

第三章电池级四氧化三钴的实验室制备研究

第四章电池级四氧化三钴的中试及产品质量验证

第五章结论与展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文