專(zhuān)利名稱(chēng)：一種結(jié)構(gòu)致密、類(lèi)球體形貌碳酸鈷材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源、新材料領(lǐng)域，涉及對(duì)微觀形貌和物理性能有特性要求的碳酸鈷材料的制備方法，此制備方法制得的碳酸鈷可用于生產(chǎn)電池材料、硬質(zhì)合金、電子材料等的氧化鈷產(chǎn)品的前軀體原料。
背景技術(shù)：
隨著電子、通訊行業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種家用電器、手機(jī)、筆記本電腦對(duì)鋰離子二次電池的需求成倍增長(zhǎng)，四氧化三鈷作為鋰電池鈷酸鋰材料的重要原料其生產(chǎn)技術(shù)也得到了快速進(jìn)步。氧化鈷(特別是四氧化三鈷)產(chǎn)品外觀為灰黑色或黑色粉末，是一種重要的過(guò)渡金屬氧化物，通常作為生產(chǎn)硬質(zhì)合金、電池材料、電子材料的主要原料及陶瓷工業(yè)的著色劑和化學(xué)工業(yè)中的催化劑。在化學(xué)工業(yè)中，Co3O4是一種高效、持久的催化劑。目前氧化鈷所用碳酸鈷前軀體的生產(chǎn)方法較多，常規(guī)將碳酸鹽溶液和鈷鹽溶液加入到反應(yīng)容器中，制得的碳酸鈷作為生產(chǎn)氧化鈷用前驅(qū)體原料時(shí)因其沉淀物粒子團(tuán)聚體形貌雜亂無(wú)形、疏松易碎而僅能生產(chǎn)普通級(jí)別的氧化鈷，更難以滿(mǎn)足電池材料等生產(chǎn)所需“類(lèi)球體形貌致密優(yōu)質(zhì)碳酸鈷前驅(qū)體材料”的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)致密、類(lèi)球體形貌碳酸鈷材料的制備方法，以解決常規(guī)生產(chǎn)方法制備的碳酸鈷材料微觀結(jié)構(gòu)松散、形貌雜亂、均勻性差的問(wèn)題。本發(fā)明技術(shù)方案如下
一種結(jié)構(gòu)致密、類(lèi)球體形貌碳酸鈷材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下
⑴將經(jīng)過(guò)濾，鈷濃度為I 2 mol/L、pH值4. 75 5. 20的氯化鈷溶液置入反應(yīng)釜中；
O在攪拌條件下，加熱步驟Q;溶液，使溶液體系溫度控制在55 65°C，并保持體系溫度相對(duì)穩(wěn)定；
⑶將預(yù)先過(guò)濾且濃度為I. 8 2. 5 mo I/L的碳酸氫銨溶液以250 800L/h的流量勻速?lài)娏苤敛襟E 的體系中；
Ui控制步驟〔3.!中溶液體系pH值7. 0 7. 5作為體系反應(yīng)終點(diǎn)，即終止碳酸氫銨溶液的添加；
155將步驟⑷所得固液體系陳化20 40分鐘后過(guò)濾，反復(fù)洗滌，即得所需材料。本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)的反應(yīng)設(shè)備就能生產(chǎn)“結(jié)構(gòu)致密、類(lèi)球體形貌碳酸鈷材料”。該方法基于最常見(jiàn)、最市場(chǎng)化的氯化鈷溶液作為反應(yīng)體系，利用沉淀物粒子在溶液中自發(fā)的吸附溶液中介質(zhì)離子的作用，調(diào)整體系的界面張力，同時(shí)，在化學(xué)沉淀過(guò)程中，初生的微 粒易于從溶液中選擇性吸附與其組成相同的離子，使沉淀物粒子表面帶電，在固-液界面產(chǎn)生雙電層結(jié)構(gòu)，有利于提高粒子的分散性，減小成核能壘，形成粒子團(tuán)聚電壘，有利于粒子的分散，一定程度上防止了粒子團(tuán)聚，另外沉淀物的生長(zhǎng)過(guò)程中還包括分散過(guò)程和團(tuán)聚現(xiàn)象，當(dāng)兩相混合系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向使總表面自由能趨于最小的方向變化，結(jié)果是具有較高表面自由能的小顆粒溶解而大顆粒得以生長(zhǎng)，使顆粒粒度分布趨向均一，從而控制粒子的形貌。團(tuán)聚現(xiàn)象在粒子的生長(zhǎng)過(guò)程中占重要的地位。在鈷鹽體系中，團(tuán)聚是粒子生長(zhǎng)的主要方式。顆粒生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)速率隨微粒半徑的增大而減小，最終也可以形成粒度均勻一致的顆粒集合體。小粒子聚集到大粒子上之后，能通過(guò)表面反應(yīng)、表面擴(kuò)散或體積擴(kuò)散而“溶合”到大粒子之中，形成一個(gè)更大的整體粒子；但也可能只在粒子間相互接觸處局部“溶合”，形成一個(gè)多孔粒子。若“溶合”反應(yīng)足夠快，即“溶合”反應(yīng)所需的時(shí)間小于顆粒相鄰二次有效碰撞的間隔時(shí)間，則通過(guò)聚集可形成一個(gè)較大的整體粒子顆粒團(tuán)，反之則形成多孔粒子聚集體，從而控制微粒粒度。本發(fā)明方法制備的碳酸鈷材料具有的優(yōu)點(diǎn)為:W碳酸鈷材料微觀形貌為類(lèi)球體、微粒大小均勻、結(jié)構(gòu)致密和粒度分布較佳的特性。 采用標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)設(shè)備，工藝參數(shù)易于控制，操作簡(jiǎn)單，適合規(guī)?；a(chǎn)。



圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制得材料的類(lèi)球體形貌結(jié)構(gòu) 圖2是本發(fā)明實(shí)施例I制得材料的粒度分布 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制得材料的類(lèi)球體形貌結(jié)構(gòu) 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制得材料的粒度分布 圖5是本發(fā)明實(shí)施例3制得材料的類(lèi)球體形貌結(jié)構(gòu) 圖6是本發(fā)明實(shí)施例3制得材料的粒度分布 圖7是本發(fā)明實(shí)施例4制得材料的類(lèi)球體形貌結(jié)構(gòu) 圖8是本發(fā)明實(shí)施例4制得材料的粒度分布圖。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例可以進(jìn)一步說(shuō)明本方法制備碳酸鈷材料的結(jié)構(gòu)和物理指標(biāo)特征，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例I
:1)將經(jīng)過(guò)濾，鈷濃度I. 0 mol/L、pH值4. 75的氯化鈷溶液置入反應(yīng)釜中；
⑵在攪拌條件下，加熱步驟⑴溶液，使溶液體系溫度控制在55°C，并保持體系溫度相對(duì)穩(wěn)定；
⑶將預(yù)先過(guò)濾且濃度為I. 8 mol/L的碳酸氫銨溶液以800L/h流量勻速?lài)娏苤敛襟E( )的體系中；
⑷控制步驟⑶中溶液體系pH值7. 5作為體系反應(yīng)終點(diǎn)，即終止碳酸氫銨溶液的添加；
(5)將步驟W所得固液體系陳化20分鐘后過(guò)濾，反復(fù)洗滌，即得所需材料。實(shí)施例I制得材料的類(lèi)球體形貌結(jié)構(gòu)和粒度分布如圖I和圖2，物理指標(biāo)“粒度及密度測(cè)定結(jié)果”如表I。實(shí)施例2a)將經(jīng)過(guò)濾，鈷濃度I. 5 mol/L、pH值4. 80的氯化鈷溶液置入反應(yīng)釜中；
⑵在攪拌條件下，加熱步驟⑴溶液，使溶液體系溫度控制在63°C，并保持體系溫度相對(duì)穩(wěn)定；
Bi將預(yù)先過(guò)濾且濃度為2. 0 mol/L的碳酸氫銨溶液以588L/h流量勻速?lài)娏苤敛襟E⑦的體系中；
控制步驟中溶液體系pH值7. 2作為體系反應(yīng)終點(diǎn)，即終止碳酸氫銨溶液的添加； ⑶將步驟⑷所得固液體系陳化30分鐘后過(guò)濾，反復(fù)洗滌，即得所需材料。實(shí)施例2制得材料的類(lèi)球體形貌結(jié)構(gòu)和粒度分布如圖3和圖4，物理指標(biāo)“粒度及密度測(cè)定結(jié)果”如表I。實(shí)施例3
0!將經(jīng)過(guò)濾，鈷濃度I. 6 mol/L、pH值5. 09的氯化鈷溶液置入反應(yīng)釜中；
⑵在攪拌條件下，加熱步驟O溶液，使溶液體系溫度控制在60°C，并保持體系溫度相對(duì)穩(wěn)定；
⑶將預(yù)先過(guò)濾且濃度為I. 86 mol/L的碳酸氫銨溶液以280L/h流量勻速?lài)娏苤敛襟E&的體系中；
(4)控制步驟Oi中溶液體系pH值7. 2作為體系反應(yīng)終點(diǎn)，即終止碳酸氫銨溶液的添加； 將步驟W所得固液體系陳化30分鐘后過(guò)濾，反復(fù)洗滌，即得所需材料。實(shí)施例3制得材料的類(lèi)球體形貌結(jié)構(gòu)和粒度分布如圖5和圖6，物理指標(biāo)“粒度及密度測(cè)定結(jié)果”如表I。實(shí)施例4
a)將經(jīng)過(guò)濾，鈷濃度2. 0 mol/L、pH值5. 20的氯化鈷溶液置入反應(yīng)釜中；
⑵在攪拌條件下，加熱步驟⑴溶液，使溶液體系溫度控制在65°C，并保持體系溫度相對(duì)穩(wěn)定；
將預(yù)先過(guò)濾且濃度為2. 5 mol/L的碳酸氫銨溶液以250L/h流量勻速?lài)娏苤敛襟E⑵的體系中；
控制步驟中溶液體系pH值7. 0作為體系反應(yīng)終點(diǎn)，即終止碳酸氫銨溶液的添加； ⑶將步驟⑷所得固液體系陳化40分鐘后過(guò)濾，反復(fù)洗滌，即得所需材料。實(shí)施例4制得材料的類(lèi)球體形貌結(jié)構(gòu)和粒度分布如圖7和圖8，物理指標(biāo)“粒度及密度測(cè)定結(jié)果”如表I。表I實(shí)施例制得的碳酸鈷粒度及密度測(cè)定結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)致密、類(lèi)球體形貌碳酸鈷材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)將經(jīng)過(guò)濾，鈷濃度為I 2mol/L、pH值4. 75 5. 20的氯化鈷溶液置入反應(yīng)釜中； (2)在攪拌條件下，加熱步驟(I)中的溶液，使溶液體系溫度控制在55 65°C，并保持體系溫度相對(duì)穩(wěn)定； (3)將預(yù)先過(guò)濾且濃度為I.8 2. 5 mo I/L的碳酸氫銨溶液以250 800L/h的流量勻速?lài)娏苤敛襟E(2)的體系中； (4)控制步驟(3)中溶液體系pH值7.0 7. 5作為體系反應(yīng)終點(diǎn)，即終止碳酸氫銨溶液的添加； (5)將步驟(4)所得固液體系陳化20 40分鐘后過(guò)濾，反復(fù)洗滌，即得所需材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)致密、類(lèi)球體形貌碳酸鈷材料的制備方法，以解決常規(guī)方法制備的碳酸鈷材料微觀結(jié)構(gòu)松散、形貌雜亂、均勻性差的問(wèn)題。其具體制備步驟為在反應(yīng)釜中，置入體系溫度、pH值和鈷濃度符合要求的氯化鈷溶液，并保持相對(duì)恒定；按一定流量均勻地向鈷溶液體系加入碳酸氫銨溶液，并以限定的pH值作為控制體系反應(yīng)終點(diǎn)參數(shù)；陳化一定時(shí)間后過(guò)濾、反復(fù)洗滌，即得所需碳酸鈷材料。本發(fā)明制取的碳酸鈷材料具有類(lèi)球體形貌、微粒大小均勻、結(jié)構(gòu)致密和粒度分布較佳的特性，本發(fā)明制備的特性碳酸鈷材料采用標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)設(shè)備，工藝參數(shù)易于控制，操作簡(jiǎn)單，適合規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G51/06GK102701292SQ20121017306
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者吉鴻安, 朱來(lái)東, 王同敏 申請(qǐng)人:西北礦冶研究院