ES2981247A2 - Metodo de preparacion de carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar y uso del mismo - Google Patents
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Abstract
La presente descripción describe un método de preparación de carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar y su uso. El método de preparación incluye las siguientes etapas: S1: mezclar una sal de cobalto, una sal de aluminio, y un compuesto polihidroxilado para preparar una disolución mixta: S2: mezclar la disolución mixta con una disolución de bicarbonato de amonio, ajustar el pH, y calentar y agitar para permitir una reacción para obtener una disolución de cristal de siembra: y S3: añadir la disolución mixta y una disolución de bicarbonato de amonio a la disolución de cristal de siembra, ajustar el pH, y calentar y agitar para permitir una reacción, durante la cual se controla el contenido de sólidos en una suspensión a 20% hasta 40% hasta que el tamaño de partícula en la suspensión crece hasta un valor diana; y separar, lavar y secar una fase sólida para obtener el carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar. En la presente descripción, la transformación completa de formas cristalinas de carbonato de cobalto dopado con aluminio con diferentes tamaños de partícula se puede lograr añadiendo el compuesto polihidroxilado y controlando una concentración de la suspensión en un sistema; y el carbonato de cobalto dopado con aluminio preparado tiene una consistencia prominente, aspecto regular, distribución uniforme de aluminio, sin enriquecimiento significativo de aluminio, sin micropolvo, y distribución de tamaño de partícula concentrada.
Description
DESCRIPCIÓN
MÉTODO DE PREPARACIÓN DE CARBONATO DE COBALTO DOPADO CON
ALUMINIO LAMINAR Y USO DEL MISMO
CAMPO TÉCNICO
La presente descripción se refiere al campo técnico de la preparación de precursores de material de cátodo de baterías de ion de litio (LIB), y se refiere específicamente a un método de preparación de carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar y a su uso.
ANTECEDENTES
Debido a la alta densidad de energía, los materiales de cátodo de óxido de cobalto y litio (LCO) se usan principalmente en el campo 3C. Con la popularización de los teléfonos móviles 5G, los requisitos sobre la vida útil y el tamaño de LIB continúan aumentando. Como precursor de un material de cátodo de LCO, el óxido cobaltósico se prepara sometiendo carbonato de cobalto a descomposición térmica. El dopaje de aluminio en un precursor de carbonato de cobalto ayuda a estabilizar la estructura de un material y mejora la estabilidad de un material durante un proceso de carga y descarga a un alto voltaje (4,45 V y más), afectando así el rendimiento de ciclo y el rendimiento de seguridad de una batería.
La técnica relacionada describe una partícula esférica de carbonato de cobalto formada a partir de la combinación y el apilamiento de monocristales supergrandes, y un método de preparación de la misma. Sin embargo, en el procedimiento de preparación, se repite un procedimiento de “sedimentación estática-eliminación del sobrenadante-alimentación-detención de la alimentación cuando un reactor está lleno”, lo que da como resultado operaciones de baja eficiencia y engorrosas. Además, la técnica relacionada describe un precursor compuesto de carbonato de cobalto/carbonato de cobalto básico dopado, y un método de preparación del mismo. En el método, el tamaño de una partícula en el sistema de reacción se incrementa apropiadamente reduciendo de forma constante la velocidad lineal de agitación de un sistema de reacción, pero la microscopía electrónica muestra que se forman escamas en la superficie de las partículas de carbonato de cobalto, lo que afecta la uniformidad de distribución del aluminio.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente descripción pretende resolver al menos uno de los problemas técnicos existentes en la técnica anterior. En vista de esto, la presente descripción proporciona un método de preparación de un carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar y su uso.
Según un aspecto de la presente descripción, se proporciona un método de preparación de carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar, que comprende las siguientes etapas:
S1: mezclar una sal de cobalto, una sal de aluminio, y un compuesto polihidroxilado, para preparar una disolución mixta;
S2: mezclar la disolución mixta con una disolución de bicarbonato de amonio, ajustar el pH, y calentar y agitar para permitir una reacción para obtener una disolución de cristal de siembra; y
S3: añadir la disolución mixta y una disolución de bicarbonato de amonio a la disolución de cristal de siembra, ajustar el pH, y calentar y agitar la suspensión resultante para permitir una reacción, controlar un contenido de sólidos en la suspensión a 20% hasta 40% durante la reacción hasta que un tamaño de partícula en la suspensión crece hasta un valor diana; y separar la fase sólida, lavar, y secar para obtener el carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S1, el ion de cobalto en la disolución mixta tiene una concentración de 1,8-2,2 mol/l; y preferiblemente, una relación másica de aluminio a cobalto en la disolución mixta es 0,005-0,01.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S1, la sal de cobalto es una o más seleccionadas del grupo que consiste en sulfato de cobalto, nitrato de cobalto, y cloruro de cobalto.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S1, la sal de aluminio es sulfato de aluminio.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S1, el compuesto polihidroxilado en la disolución mixta tiene una concentración de 0,01-0,015 mol/l.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S1, el compuesto polihidroxilado es uno o más seleccionados del grupo que consiste en etilenglicol (EG), glicerol, pentaeritritol, glucosa, y sacarosa.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S2, el calentamiento se realiza a 40-45°C.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S2, el cristal de siembra tiene un tamaño de partícula D50 de 2-8 pm.
En algunas implementaciones de la presente descripción, S2 comprende específicamente: añadir una disolución de bicarbonato de amonio como disolución de base a un reactor, calentar y agitar, introducir la disolución mixta y una disolución de bicarbonato de amonio en un flujo concurrente para permitir una reacción, ajustar el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio para controlar el pH de un líquido resultante durante la reacción, y concentrar el líquido cuando el nivel de líquido alcanza un valor deseado hasta que el tamaño de partícula producido en el reactor crece hasta un valor diana para obtener un cristal de siembra.
En algunas implementaciones de la presente descripción, S3 procede directamente en el reactor para preparar el cristal de siembra en S2, de modo que no hay necesidad de transferir el cristal de siembra, y la síntesis y el crecimiento del cristal de siembra se completan en el mismo reactor, dando como resultado una operación de producción simple.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S2, la disolución de base tiene una concentración de 0,8-1,6 mol/l; la disolución de bicarbonato de amonio en el flujo concurrente tiene una concentración de 2,0-3,0 mol/l, y se alimenta a un caudal de 10-15 l/h; y la disolución mixta se añade a un caudal de 20-30 l/h. Además, la disolución de base tiene un pH de 7,8 a 8,5.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S2, el pH se controla a 7,4-7,6 ajustando el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio durante la reacción.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S2, la disolución de base representa 30%-40% del volumen del reactor; y además, cuando el nivel de líquido en el reactor alcanza 80% - 85% del volumen del reactor, se inicia la concentración.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S3, la disolución de bicarbonato de amonio tiene una concentración de 2,0-3,0 mol/l, y se añade a un caudal de 40 - 60 l/h; y la disolución mixta se añade a un caudal de 20-30 l/h. Cabe señalar que el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio se controla mediante PLC, y en una reacción real, el intervalo de caudal de salida de la disolución de bicarbonato de amonio controlado por PLC es de 40 l/h a 60 l/h.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S3, el pH es 7,2-7,4. Específicamente, el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio se ajusta mediante un sistema de control de PLC para mantener el pH durante la etapa de crecimiento del cristal de siembra en 7,2-7,4.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S3, el calentamiento se realiza a 45°C. La baja temperatura de reacción da como resultado un bajo consumo de energía.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S3, el carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar tiene un tamaño de partícula D50 de 10-18 ^m. Preferiblemente, el carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar tiene un contenido de aluminio de 2.300 ppm a 4.800 ppm.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S3, el lavado se realiza durante 40-60 min con agua caliente de 80°C a 85°C.
En algunas implementaciones de la presente descripción, en S3, el secado se realiza a 110-120°C hasta que el contenido de humedad en un producto seco es menor que 1%.
En algunas implementaciones de la presente descripción, después del secado, S3 comprende además un procedimiento de tamizado con un tamiz de un tamaño de malla de 350 a 450.
En algunas implementaciones de la presente descripción, las tuberías de entrada del reactor para la disolución mixta y la disolución de bicarbonato de amonio están ambas equipadas con un dispositivo de pulverización en el que un puerto de pulverización se enfrenta directamente a una pala agitadora, lo que permite que la precipitación y la cristalización transcurran rápidamente, promueve el crecimiento de granos de cristal en escamas, y evita la producción de productos cristalinos con una forma de cristal diferente a la forma de cristal en escamas debido a la gran sobresaturación local en un extremo de alimentación.
La presente descripción también proporciona el uso del método de preparación descrito anteriormente en la preparación de un material de cátodo de LCO.
Según una implementación preferida de la presente descripción, la presente descripción tiene al menos los siguientes efectos beneficiosos:
1. En la presente descripción, se añade un compuesto polihidroxilado para cambiar el potencial químico y la velocidad de movimiento de las partículas de una disolución y cambiar el entorno de crecimiento del cristal, afectando así al crecimiento de los planos del cristal. Además, el compuesto polihidroxilado tiene una fuerte capacidad de inducción de la cristalización, y puede unirse a las partículas del producto a través de un enlace de hidrógeno para afectar la velocidad de crecimiento de las partículas en una dirección específica, de modo que las partículas crecen en una dirección específica para formar una morfología específica y de este modo el carbonato de cobalto dopado con aluminio tiene cristales en escamas de crecimiento vertical, realizando así la transformación cristalina.
2. En la presente descripción, la concentración de una suspensión se controla en un intervalo de 20% a 40% para aumentar la velocidad a la que se forma un núcleo cristalino a través de la colisión, adsorción y fusión entre moléculas de soluto. Debido a una pequeña cantidad de un cristal de siembra, bajo agitación y movimiento browniano, una gran cantidad de núcleos de cristal en escamas recién formados se difunden fácilmente y se adsorben uniformemente en la superficie de cada grano de cristal de siembra, formando así cristales en escamas compactos. Una concentración de suspensión demasiado baja corresponde a una capacidad de producción demasiado baja. Cuando la concentración de una suspensión es demasiado alta, es decir, hay una gran cantidad de un cristal de siembra, en las mismas condiciones, un solo grano de cristal de siembra puede adsorber unos pocos cristales en escamas que se encuentran dispersos en la superficie del grano, lo que da como resultado una forma cristalina incompleta.
3. En la presente descripción, no hay necesidad de cambiar el pH, la temperatura, y la velocidad de agitación durante un procedimiento de síntesis de carbonato de cobalto dopado con aluminio, y no se introducen nuevos elementos de impureza; la transformación completa de formas cristalinas de carbonato de cobalto dopado con aluminio con diferentes tamaños de partícula se puede lograr añadiendo un compuesto polihidroxilado y controlando la concentración de la suspensión en un sistema; y el carbonato de cobalto dopado con aluminio preparado tiene una consistencia prominente, aspecto regular, distribución uniforme de aluminio, sin enriquecimiento significativo de aluminio, sin micropolvo, y distribución de tamaño de partícula concentrada.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La presente descripción se describe adicionalmente a continuación con referencia a los dibujos y ejemplos que se acompañan.
La FIG. 1 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 1 de la presente descripción a un aumento de 10.000;
la FIG. 2 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 1 de la presente descripción a un aumento de 50.000;
la FIG. 3 es un espectro de espectroscopía de dispersión de energía (EDS) de aluminio en el carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 1 de la presente descripción;
la FIG. 4 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 2 de la presente descripción a un aumento de 50.000;
la FIG. 5 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 2 de la presente descripción a un aumento de 10.000;
la FIG. 6 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 3 de la presente descripción a un aumento de 50.000;
la FIG. 7 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 1 Comparativo de la presente descripción a un aumento de 50.000;
la FIG. 8 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 1 Comparativo de la presente descripción a un aumento de 10.000;
la FIG. 9 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 2 Comparativo de la presente descripción a un aumento de 50.000;
la FIG. 10 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 2 Comparativo de la presente descripción a un aumento de 10.000;
la FIG. 11 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 3 Comparativo de la presente descripción a un aumento de 50.000;
la FIG. 12 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 3 Comparativo de la presente descripción a un aumento de 10.000;
la FIG. 13 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio del Ejemplo 4 Comparativo de la presente descripción a un aumento de 50.000.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE EJEMPLOS ILUSTRADOS
Los conceptos y efectos técnicos de la presente descripción se describen clara y completamente a continuación junto con ejemplos, para permitir que los objetivos, características y efectos de la presente descripción se comprendan completamente. Aparentemente, los ejemplos descritos son simplemente unos pocos de todos los ejemplos de la presente descripción. Todos los demás ejemplos obtenidos por los expertos en la técnica basados en los ejemplos de la presente descripción sin esfuerzos creativos deben caer dentro del alcance de protección de la presente descripción.
Ejemplo 1
En este ejemplo, se preparó carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar, y el procedimiento de preparación específico fue como sigue:
(1) Preparación de disoluciones: se mezclaron una sal de cobalto, una sal de aluminio, y EG para preparar una disolución mixta, en el que en la disolución mixta, el cobalto tenía una concentración de 2,2 mol/l, una relación másica de aluminio a cobalto era 0,008, y EG tenía una concentración de 0,0015 mol/l; y se preparó una disolución de bicarbonato de amonio con una concentración de 2,52 mol/l.
(2) Síntesis de un cristal de siembra: se añadió una disolución de bicarbonato de amonio con una concentración de 0,8 mol/l como disolución de base a un reactor, en el que el volumen de la disolución de base representó el 40% del volumen total del reactor, y el pH de la disolución de base era 8,2; se iniciaron simultáneamente el calentamiento y la agitación del reactor; cuando la temperatura se elevó hasta 45°C, se alimentaron simultáneamente la disolución mixta (a un caudal de 25 l/h) y una disolución de bicarbonato de amonio (a un caudal de 12 l/h); cuando el pH disminuyó a 7,40, el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio se ajustó a través de un sistema de control de PLC para estabilizar el pH a 7,40; cuando el nivel de líquido en el reactor era 80% a 85% del volumen total del reactor, se inició la concentración, durante la cual se alimentaron continuamente la disolución mixta y la disolución de bicarbonato de amonio, y el nivel de líquido en el reactor se estabilizó a 80% hasta 85% del volumen total del reactor; y cuando un tamaño de partícula D50 creció hasta 10 pm, la alimentación simultánea y la concentración se detuvieron para completar la síntesis del cristal de siembra.
(3) Crecimiento del cristal de siembra: cuando la temperatura de reacción se elevó hasta 50°C, se alimentaron simultáneamente la disolución mixta y una disolución de bicarbonato de amonio, y se inició la concentración al mismo tiempo, durante la cual la disolución mixta y la disolución de bicarbonato de amonio se alimentaron continuamente, y el nivel de líquido en el reactor se estabilizó a 80% hasta 85% del volumen total del reactor; y cuando el tamaño de partícula creció hasta 18 pm, se obtuvo una suspensión de carbonato de cobalto dopado con aluminio. El caudal de la disolución mixta era 25 l/h, y el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio se ajustó a través de un sistema de control de PLC para mantener constante el pH en la etapa de crecimiento del cristal de siembra en 7,20 y controlar la concentración de la suspensión en el sistema a 35% hasta 40%. Si la concentración de la suspensión excedía el límite superior, se detenía la concentración, la suspensión se dividía en dos partes, y una parte se transfería fuera del reactor, después la alimentación simultánea continuaba hasta que el nivel de líquido alcanzaba 80% hasta 85% del volumen total, y después la concentración se iniciaba una vez más.
(4) Lavado, secado y tamizado de carbonato de cobalto dopado con aluminio: la suspensión en el reactor se centrifugó en una centrífuga y se filtró, y la torta del filtro resultante se lavó con agua pura caliente a 85°C durante 60 min, después se filtró, se secó a 110°C hasta un contenido de humedad de 0,24%, después se tamizó a través de un tamiz vibratorio de malla 400, y se envasó para obtener un producto acabado de carbonato de cobalto dopado con aluminio. El producto acabado tenía un tamaño de partícula D50 de 18 pm, un intervalo de distribución del tamaño de partícula de 0,301, y un contenido de aluminio de 3.782 ppm.
La FIG. 1 y la FIG. 2 son imágenes de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio obtenido en este ejemplo a aumentos de 10.000 y 50.000, respectivamente, y se puede observar de las imágenes que las partículas tienen alta esfericidad, consistencia prominente, distribución de tamaño de partícula concentrada, sin micropolvo, y partículas primarias en escamas. La FIG. 3 es un espectro de EDS de aluminio en el carbonato de cobalto dopado con aluminio en este ejemplo, y el EDS muestra una distribución uniforme de aluminio.
Ejemplo 2
En este ejemplo, se preparó carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar, y el procedimiento de preparación específico fue como sigue:
(1) Preparación de disoluciones: se mezclaron una sal de cobalto, una sal de aluminio, y glicerol para preparar una disolución mixta, en el que en la disolución mixta, el cobalto tenía una concentración de 2,0 mol/l, una relación másica de aluminio a cobalto era 0,01, y el glicerol tenía una concentración de 0,0012 mol/l; y se preparó una disolución de bicarbonato de amonio con una concentración de 3 mol/l.
(2) Síntesis de un cristal de siembra: se añadió una disolución de bicarbonato de amonio con una concentración de 1,0 mol/l como disolución de base a un reactor, en el que el volumen de la disolución de base representó el 30% del volumen total del reactor, y el pH de la disolución de base era 8,3; se iniciaron simultáneamente el calentamiento y la agitación del reactor; cuando la temperatura se elevó hasta 43°C, se alimentaron simultáneamente la disolución mixta (a un caudal de 30 l/h) y una disolución de bicarbonato de amonio (a un caudal de 15 l/h); cuando el pH disminuyó a 7,50, el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio se ajustó a través de un sistema de control de PLC para estabilizar el pH a 7,50; cuando el nivel de líquido en el reactor era 80% del volumen total del reactor, se inició la concentración, durante la cual se alimentaron continuamente la disolución mixta y la disolución de bicarbonato de amonio, y el nivel de líquido en el reactor se estabilizó a 80% hasta 85% del volumen total del reactor; y cuando un tamaño de partícula D50 creció hasta 8 pm, la alimentación simultánea y la concentración se detuvieron para completar la síntesis del cristal de siembra.
(3) Crecimiento del cristal de siembra: cuando la temperatura de reacción se elevó hasta 48°C, se alimentaron simultáneamente la disolución mixta y una disolución de bicarbonato de amonio, y se inició la concentración al mismo tiempo, durante la cual la disolución mixta y la disolución de bicarbonato de amonio se alimentaron continuamente, y el nivel de líquido en el reactor se estabilizó a 80% hasta 85% del volumen total del reactor; y cuando el tamaño de partícula creció hasta 17,5 pm, se obtuvo una suspensión de carbonato de cobalto dopado con aluminio. El caudal de la disolución mixta era 30 l/h, y el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio se ajustó a través de un sistema de control de PLC para mantener constante el pH en la etapa de crecimiento del cristal de siembra en 7,30 y controlar la concentración de la suspensión en el sistema a 30% hasta 35%. Si la concentración de la suspensión excedía el límite superior, se detenía la concentración, la suspensión se dividía en dos partes, y una parte se transfería fuera del reactor, después la alimentación simultánea continuaba hasta que el nivel de líquido alcanzaba 80% hasta 85% del volumen total, y después la concentración se iniciaba una vez más.
(4) Lavado, secado y tamizado de carbonato de cobalto dopado con aluminio: la suspensión en el reactor se centrifugó en una centrífuga y se filtró, y la torta del filtro resultante se lavó con agua pura caliente a 80°C durante 40 min, después se filtró, se secó a 110°C hasta un contenido de humedad de 0,78%, después se tamizó a través de un tamiz vibratorio de malla 400, y se envasó para obtener un producto acabado de carbonato de cobalto dopado con aluminio. El producto acabado tenía un tamaño de partícula D50 de 17,5 pm, un intervalo de distribución del tamaño de partícula de 0,325, y un contenido de aluminio de 4.680 ppm.
La FIG. 4 y la FIG. 5 son imágenes de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio obtenido en este ejemplo a aumentos de 50.000 y 10.000, respectivamente, y se puede observar de las imágenes que las partículas tienen alta esfericidad, consistencia prominente, distribución de tamaño de partícula concentrada, sin micropolvo, y partículas primarias en escamas.
Ejemplo 3
En este ejemplo, se preparó carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar, y el procedimiento de preparación específico fue como sigue:
(1) Preparación de disoluciones: se mezclaron una sal de cobalto, una sal de aluminio, y glucosa para preparar una disolución mixta, en el que en la disolución mixta, el cobalto tenía una concentración de 1,9 mol/l, una relación másica de aluminio a cobalto era 0,005, y la glucosa tenía una concentración de 0,0012 mol/l; y se preparó una disolución de bicarbonato de amonio con una concentración de 2 mol/l.
(2) Síntesis de un cristal de siembra: se añadió una disolución de bicarbonato de amonio con una concentración de 1,68 mol/l como disolución de base a un reactor, en el que el volumen de la disolución de base representó el 30% del volumen total del reactor, y el pH de la disolución de base era 8,5; se iniciaron simultáneamente el calentamiento y la agitación del reactor; cuando la temperatura se elevó hasta 40°C, se alimentaron simultáneamente la disolución mixta (a un caudal de 20 l/h) y una disolución de bicarbonato de amonio (a un caudal de 10 l/h); cuando el pH disminuyó a 7,60, el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio se ajustó a través de un sistema de control de PLC para estabilizar el pH a 7,60; cuando el nivel de líquido en el reactor era 80% a 85% del volumen total del reactor, se inició la concentración, durante la cual se alimentaron continuamente la disolución mixta y la disolución de bicarbonato de amonio, y el nivel de líquido en el reactor se estabilizó a 80% hasta 85% del volumen total del reactor; y cuando un tamaño de partícula D50 creció hasta 2 pm, la alimentación simultánea y la concentración se detuvieron para completar la síntesis del cristal de siembra.
(3) Crecimiento del cristal de siembra: cuando la temperatura de reacción se elevó hasta 45°C, se alimentaron simultáneamente la disolución mixta y una disolución de bicarbonato de amonio, y se inició la concentración al mismo tiempo, durante la cual la disolución mixta y la disolución de bicarbonato de amonio se alimentaron continuamente, y el nivel de líquido en el reactor se estabilizó a 80% hasta 85% del volumen total del reactor; y cuando el tamaño de partícula creció hasta 8 pm, se obtuvo una suspensión de carbonato de cobalto dopado con aluminio. El caudal de la disolución mixta era 20 l/h, y el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio se ajustó a través de un sistema de control de PLC para mantener constante el pH en la etapa de crecimiento del cristal de siembra en 7,40 y controlar la concentración de la suspensión en el sistema a 20% hasta 25%. Si la concentración de la suspensión excedía el límite superior, se detenía la concentración, la suspensión se dividía en dos partes, y una parte se transfería fuera del reactor, después la alimentación simultánea continuaba hasta que el nivel de líquido alcanzaba 80% hasta 85% del volumen total, y después la concentración se iniciaba una vez más.
(4) Lavado, secado y tamizado de carbonato de cobalto dopado con aluminio: la suspensión en el reactor se centrifugó en una centrífuga y se filtró, y la torta del filtro resultante se lavó con agua pura caliente a 80°C durante 40 min, después se filtró, se secó a 110°C hasta un contenido de humedad de 0,78%, después se tamizó a través de un tamiz vibratorio de malla 300, y se envasó para obtener un producto acabado de carbonato de cobalto dopado con aluminio. El producto acabado tenía un tamaño de partícula D50 de 8 pm, un intervalo de distribución del tamaño de partícula de 0,382, y un contenido de aluminio de 2338 ppm.
La FIG. 6 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio obtenido en este ejemplo a un aumento de 50.000, y se puede observar de la imagen que las partículas tienen alta esfericidad, consistencia prominente, distribución de tamaño de partícula concentrada, sin micropolvo, y partículas primarias en escamas.
Ejemplo 1 Comparativo
En este ejemplo comparativo, se preparó carbonato de cobalto dopado con aluminio. Este ejemplo comparativo era diferente del Ejemplo 1 en que no se añadió EG a la disolución mixta, y el carbonato de cobalto dopado con aluminio preparado tenía un contenido de aluminio de 3.849 ppm y un tamaño de partícula D50 de 17,3 pm.
La FIG. 7 y la FIG. 8 son imágenes de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio obtenido en este ejemplo comparativo a aumentos de 50.000 y 10.000, respectivamente, y se puede observar de las imágenes que las partículas primarias de este producto son pulverulentas.
Ejemplo 2 Comparativo
En este ejemplo comparativo, se preparó carbonato de cobalto dopado con aluminio. Este ejemplo comparativo era diferente del Ejemplo 3 en que no se añadió glucosa a la disolución mixta, y el carbonato de cobalto dopado con aluminio preparado tenía un contenido de aluminio de 2.480 ppm y un tamaño de partícula D50 de 9 pm.
La FIG. 9 y la FIG. 10 son imágenes de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio obtenido en este ejemplo comparativo a aumentos de 50.000 y 10.000, respectivamente, y se puede observar en las imágenes que las partículas primarias de este producto son bloques con forma de pico.
Ejemplo 3 Comparativo
En este ejemplo comparativo, se preparó carbonato de cobalto dopado con aluminio. Este ejemplo comparativo era diferente del Ejemplo 2 en que una concentración de la suspensión del sistema en la etapa de crecimiento del cristal de siembra de la etapa (3) se controló a 50% hasta 60%, y el carbonato de cobalto dopado con aluminio preparado tenía un contenido de aluminio de 4.720 ppm y un tamaño de partícula D50 de 17 pm.
La FIG. 11 y la FIG. 12 son imágenes de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio obtenido en este ejemplo comparativo a aumentos de 50.000 y 10.000, respectivamente, y se puede observar de las imágenes que sólo hay cristales en escamas dispersos en la superficie de las partículas, lo que indica una transformación cristalina incompleta. Esto se debe a que una concentración de la suspensión demasiado alta conduce a un espacio de crecimiento comprimido para las partículas, lo que dificulta que los núcleos de cristal recién formados crezcan uniformemente en la superficie de las partículas grandes. Se pueden observar partículas pequeñas en las imágenes de SEM.
Ejemplo 4 Comparativo
En este ejemplo comparativo, se preparó carbonato de cobalto dopado con aluminio. Este ejemplo comparativo era diferente del Ejemplo 3 en que una concentración de la suspensión del sistema en la etapa de crecimiento del cristal de siembra de la etapa (3) se controló a 40% hasta 50%, y el carbonato de cobalto dopado con aluminio preparado tenía un contenido de aluminio de 2.344 ppm y un tamaño de partícula D50 de 10 pm.
La FIG. 13 es una imagen de SEM del carbonato de cobalto dopado con aluminio obtenido en este ejemplo comparativo a un aumento de 50.000, y se puede observar de la imagen que sólo hay cristales en escamas dispersos en la superficie de las partículas, lo que indica una transformación cristalina incompleta.
Conclusión
Se puede observar de los ejemplos y ejemplos comparativos que la adición del compuesto polihidroxilado permite la transformación de una forma cristalina de carbonato de cobalto dopado con aluminio; y la concentración de la suspensión y el tamaño de partícula del cristal de siembra se pueden controlar para preparar muestras de carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar con diferentes tamaños de partícula y transformación cristalina completa.
Los ejemplos de la presente descripción se describen en detalle con referencia a los dibujos que se acompañan, pero la presente descripción no se limita a los ejemplos anteriores. Dentro del alcance del conocimiento que poseen los expertos normales en el campo técnico, también se pueden realizar varios cambios sin apartarse de la finalidad de la presente descripción. Además, los ejemplos en la presente descripción o las características en los ejemplos pueden combinarse entre sí en una situación sin conflictos.
Claims (10)
1. Un método de preparación de carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar, que comprende las siguientes etapas:
S1: mezclar una sal de cobalto, una sal de aluminio, y un compuesto polihidroxilado, para preparar una disolución mixta;
S2: mezclar la disolución mixta con una disolución de bicarbonato de amonio, ajustar el pH, y calentar y agitar para permitir una reacción para obtener una disolución de cristal de siembra; y
S3: añadir la disolución mixta y una disolución de bicarbonato de amonio a la disolución de cristal de siembra, ajustar el pH, y calentar y agitar la suspensión resultante para permitir una reacción, controlar un contenido de sólidos en la suspensión a 20% - 40% durante la reacción hasta que un tamaño de partícula en la suspensión crece hasta un valor diana; y separar una fase sólida, lavar, y secar para obtener el carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar.
2. El método de preparación según la reivindicación 1, en el que, en S1, el ion de cobalto en la disolución mixta tiene una concentración de 1,8-2,2 mol/l; y preferiblemente, una relación másica de aluminio a cobalto en la disolución mixta es 0,005-0,01.
3. El método de preparación según la reivindicación 1, en el que, en S1, el compuesto polihidroxilado en la disolución mixta tiene una concentración de 0,01 0,015 mol/l; y preferiblemente, el compuesto polihidroxilado es uno o más seleccionados del grupo que consiste en etilenglicol, glicerol, pentaeritritol, glucosa, y sacarosa.
4. El método de preparación según la reivindicación 1, en el que, en S2, el cristal de siembra tiene un tamaño de partícula D50 de 2-8 pm.
5. El método de preparación según la reivindicación 1, en el que S2 comprende específicamente: añadir una disolución de bicarbonato de amonio como disolución de base a un reactor, calentar y agitar, y alimentar la disolución mixta y una disolución de bicarbonato de amonio en flujo simultáneo para permitir una reacción, ajustar el caudal de la disolución de bicarbonato de amonio para controlar el pH de un líquido resultante durante la reacción, y concentrar el líquido cuando el nivel de líquido en el reactor alcanza un valor deseado; llevar a cabo la reacción hasta que el tamaño de partícula de un producto crece hasta un valor diana para obtener un cristal de siembra.
6. El método de preparación según la reivindicación 5, en el que, en S2, la disolución de base tiene una concentración de 0,8-1,6 mol/l; la disolución de bicarbonato de amonio alimentada simultáneamente con la disolución mixta tiene una concentración de 2,0-3,0 mol/l, y se añade a un caudal de 10-15 l/h; y la disolución mixta se añade a un caudal de 20 l/h a 30 l/h.
7. El método de preparación según la reivindicación 1, en el que, en S3, la disolución de bicarbonato de amonio tiene una concentración de 2,03,0 mol/l, y se añade a un caudal de 40-60 l/h; y la disolución mixta se añade a un caudal de 20-30 l/h.
8. El método de preparación según la reivindicación 1, en el que, en S3, el pH es 7,2 7,4.
9. El método de preparación según la reivindicación 1, en el que, en S3, el carbonato de cobalto dopado con aluminio laminar tiene un tamaño de partícula D50 de 10-18 ^m.
10. Uso del método de preparación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en la preparación de un material de cátodo de óxido de litio y cobalto.
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