本發(fā)明涉及鈷的化合物，尤其涉及一種輔助氧化加快摻鋁四氧化三鈷晶核生長速度的方法。

背景技術：

1、鈷酸鋰是一種無機化合物，屬于層狀結構的氧化物材料，廣泛應用于鋰離子電池的正極材料。它具有較高的比容量、良好的循環(huán)性能和較高的工作電壓，是目前商業(yè)化鋰離子電池中使用最廣泛的正極材料之一，普遍應用于3c數(shù)碼領域，其中包括數(shù)碼相機、手機、無人機、無線耳機等產(chǎn)品。鈷酸鋰是由四氧化三鈷和碳酸鋰在一定的溫度下煅燒而成，因此四氧化三鈷的品質將影響鈷酸鋰的成品質量，使用摻鋁四氧化三鈷進行制備時，可利用鋁元素在充放電過程中的穩(wěn)定性來穩(wěn)定鈷酸鋰的結構，進一步優(yōu)化成品的質量。

2、目前本領域內(nèi)普遍采用氫氧化鈉與可溶性鈷鹽經(jīng)沉淀反應、煅燒的方式制備四氧化三鈷。該工藝具有制備簡便、可設計性強、成本經(jīng)濟等優(yōu)勢。類似的，利用濕法摻鋁四氧化三鈷合成工藝則可制備得到摻鋁四氧化三鈷，例如申請人研發(fā)團隊在公開號為cn112390297a的中國發(fā)明專利中提供了一種摻鋁四氧化三鈷的制備方法，包括以下步驟：①配制一定濃度的鋁鈷混合溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液；②將鋁鈷混合溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液以并流的方式連續(xù)加入到反應釜中，控制反應體系的ph值和反應溫度；③從溢流開始后，每1-2?h測定母液比重，通過補入純水的方式控制母液比重在1-1.1之間；④當摻鋁四氧化三鈷的粒徑d50為達到3-5?μm時，停止反應，進行離心洗滌、烘干、煅燒。該發(fā)明通過將反應體系中母液比重控制在一定合理范圍內(nèi)，避免了由于母液比重過大而影響顆粒分散和生長的情況。但進一步的實際生產(chǎn)過程中，研發(fā)團隊注意到此類氫氧化鈉合成體系中，仍存在晶核生長速度較慢，難以滿足企業(yè)高效生產(chǎn)的需求的技術問題，制約了其工業(yè)化生產(chǎn)應用。

3、摻鋁四氧化三鈷的合成過程中，晶核的生長速度對產(chǎn)品的性能和質量有著重要影響。因此，提供一種新的方法來加快晶核生長速度，這不僅有利于提高生產(chǎn)效率，還有助于促進摻鋁四氧化三鈷成品質量的優(yōu)化，對擴大其在正極材料等領域中的應用具有積極意義。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，在本發(fā)明的第一方面，提供了一種晶核生長速度快、成品質量高的輔助氧化加快摻鋁四氧化三鈷晶核生長速度的方法，包括如下步驟：

2、（1）配制鋁鈷混合溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液；以空氣為氧化劑，雙氧水或次氯酸鈉為輔助氧化劑；將輔助氧化劑加至鋁鈷混合溶液中，得到鋁鈷反應溶液；

3、（2）將鋁鈷反應溶液、沉淀劑溶液、絡合劑溶液以并流的方式連續(xù)加至反應裝置；其中，空氣與鈷鋁混合液一并通過噴射裝置注入反應裝置；控制反應體系的ph值和溫度；

4、（3）從溢流后開始，每周期時長測定反應體系的母液比重，通過補入純水的方式控制母液比重在0.8-1.2；

5、（4）當摻鋁四氧化三鈷的粒徑d50達到3.3-5.5?μm時，停止反應，進行壓濾、洗滌、干燥及煅燒。

6、本發(fā)明在實際生產(chǎn)中，空氣的成本可忽略不計，但氧氣作為氣體氧化劑，在無輔助氧化劑的條件下單獨空氣氧化，在反應時涉及到氣液固三相界面，擴散較難，且水中氧氣的溶解度有限，反應速度較慢。而以雙氧水或次氯酸鈉為輔助氧化劑，能夠有效的擴散，使得反應物接觸更加充分，可以提高反應速度，又可良好地控制成本。

7、在沉淀反應的過程中，鈷離子及其摻雜的鋁離子適宜控制在合適的范圍內(nèi)。鈷離子濃度過高或過低都不利于顆粒的均勻成長和結晶，影響最終產(chǎn)物的顆粒尺寸和形貌。適宜的鈷離子濃度可以加速反應進程，縮短反應時間，提高生產(chǎn)效率。通過調(diào)整鈷的濃度，可以在一定程度上調(diào)節(jié)最終產(chǎn)物的顆粒度和形貌，從而提升產(chǎn)品的多樣性和適用性。此外，適量的鋁離子濃度可將摻雜鋁控制在合適的范圍內(nèi)，穩(wěn)定下游產(chǎn)品鈷酸鋰的結構。

8、優(yōu)選的，所述步驟（1）中，鋁鈷混合溶液由可溶性的鈷鹽、鋁鹽溶于水配制而成；鋁鈷混合溶液中，鈷濃度為90-160?g/l，鋁濃度為1.0-1.5?g/l。

9、鈷鹽、鋁鹽可選自在水中的良好溶解性使其能夠在溶液中維持較高離子濃度的鹽，這有助于高效的沉淀反應。硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷等，氯化鋁、硫酸鋁、乙酸鋁等作為常見的化學品，價格低廉，來源廣泛，尤其適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

10、進一步優(yōu)選的，所述鈷鹽包括硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷中的至少一種；所述鋁鹽包括氯化鋁、硫酸鋁、乙酸鋁中的至少一種。

11、沉淀劑的濃度會影響反應的效率和鈷的回收率，因此需控制在合適的范圍內(nèi)，并減少不必要的浪費。氫氧化鈉、氫氧化鉀的價格低廉，來源廣泛，是尤其適合的沉淀劑選擇類型。

12、優(yōu)選的，所述步驟（1）中，沉淀劑溶液由沉淀劑溶于水配制而成；沉淀劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀中的至少一種；沉淀劑的濃度為180-260?g/l。

13、絡合劑的濃度對鈷離子的絡合狀態(tài)存在影響，通過控制其濃度可以有助于鈷離子均勻沉淀，形成規(guī)則的顆粒，以更好地控制沉淀形貌，使其呈現(xiàn)出理想的形態(tài)。本發(fā)明中，絡合劑宜采用檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸、焦磷酸鈉等。

14、優(yōu)選的，所述步驟（1）中，絡合劑溶液由絡合劑溶于水配制而成；絡合劑包括檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸、焦磷酸鈉中的至少一種；絡合劑的濃度為0.1-0.5?g/l。

15、優(yōu)選的，所述步驟（1）中，鋁鈷反應溶液中輔助氧化劑的濃度為0.01-0.25?g/l。

16、優(yōu)選的，所述步驟（2）中，空氣與鈷鋁混合液的體積比為10:1。

17、并液過程中，合適的流速可以確保反應溶液在反應釜中得到充分的混合，避免局部濃度過高或過低，從而保證反應的均勻性。流速的控制也會影響沉淀的形成和生長。如果流速過快，可能會導致沉淀顆粒過小或不均勻，影響產(chǎn)物的質量。此外，合適的流速還可以提高反應效率，減少反應時間，從而提高生產(chǎn)效率。

18、優(yōu)選的，所述步驟（2）中，鋁鈷反應溶液的流速為140-180?l/h；沉淀劑溶液的流速為110-260?l/h。

19、在ph值為9.1-10.9，溫度為45-78?℃的反應環(huán)境下，沉淀反應能夠有效地進行，鈷的沉淀效率高，鈷顆粒尺寸和分布更為均勻，穩(wěn)定性良好。

20、優(yōu)選的，所述步驟（2）中，反應體系的ph值為9.1-10.9，溫度為45-78?℃。

21、優(yōu)選的，所述步驟（3）中，每周期時長為2-4?h。

22、在實際的操作中，反應釜中沉淀反應完成后，可以分釜再進行后續(xù)的壓濾洗滌、煅燒等操作，此舉可提高處理的效果及生產(chǎn)效率，優(yōu)化成品的品質。以電導率為指標可以反映洗滌液中離子的殘留情況，當其電導率低時，可視為雜離子已由沉淀中洗脫，有助于提高成品的純度。一般情況下，沉淀需經(jīng)多次洗滌才可達到預期效果，一輪操作后可重置于反應釜中進行下一輪壓濾洗滌，直至洗滌液的電導率低于預設值。

23、優(yōu)選的，所述步驟（4）中，洗滌至洗滌液的電導率低至20?s/m以下。

24、分段煅燒有利于減少顆粒開裂，使成品的結構、性質更加穩(wěn)定。

25、優(yōu)選的，所述步驟（4）中，煅燒的程序如下：首先于150-260?℃煅燒2-6?h，隨后于350-480?℃煅燒2-6?h，最后于650-780?℃煅燒2-6?h。

26、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

27、本發(fā)明提供了一種輔助氧化加快摻鋁四氧化三鈷晶核生長速度的方法，該方法具有操作簡單，成本較低的優(yōu)勢；其氧化性物質的使用可以改善晶核的生長環(huán)境，提高晶核的質量和穩(wěn)定性，顯著加快了羥基體系摻鋁四氧化三鈷晶核的生長速度，提高了生產(chǎn)效率，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。