[發明專利]一種八面體形貌的四氧化三鈷粉體的制備方法

有效

• 申請號: 200710098856.7
• 申請日: 2007-04-28
• 公開（公告）號: CN101293677A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 劉宇慧;汪禮敏;張景懷;申思;閆世凱;龐鵬沙
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;有研粉末新材料(北京)有限公司
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明涉及一種八面體形貌的四氧化三鈷粉體的制備方法，為鋰離子二次電池正極材料鈷酸鋰的關鍵原料，此外還應用于催化劑、磁性材料等方面。屬于化工及材料制備領域。

背景技術

四氧化三鈷外觀為灰黑色或黑色粉末，理論含鈷量為73.43％，含氧量為26.57％結晶為立方晶體，具有正常尖晶石結構。其中CO³⁺占據八面體位，具有較高的晶體場穩定化能。晶格常數為8.1A，比重為6.0-6.2g/cm³。

四氧化三鈷主要用于催化劑、電化學、耐高溫耐腐蝕和磁性材料等領域。在氣一固反應體系中四氧化三鈷是一種高效、持久的催化劑，主要用于氧化反應。比如氨的氧化反應，廢氣處理中CO的催化氧化，廢水中氯的催化分解等。在固液電化學體系中，用于活化金屬電極。近幾年中隨著鋰離子電池的迅速發展，四氧化三鈷成為制備鋰離子電池正極材料鈷酸鋰最重要的原料。

2000年后隨著鋰離子電池行業的快速發展帶動了其正極材料鈷酸鋰的發展，其中鈷的消費形式是以四氧化三鈷為原料制備鈷酸鋰。隨著小型可移動電源需求的進一步增長，像移動通信的迅猛發展和筆記本電腦普及率的快速增長，為鋰離子電池工業的發展創造了更好的機遇，對應地，對鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的需求也大幅增長，預計到2015年鈷的應用將達到2.3億磅，其中56％的將應用在鋰離子電池行業。這些鈷都將以四氧化三鈷的形式被消費。

目前，國外先進技術所生產的高性能四氧化三鈷粉體的的形貌為八面體或多面體，而非國內眾多廠商制備的球形。世界上生產四氧化三鈷粉體質量最好的是比利時的Umico公司，其產品呈規則的八面體形貌，其采用的工藝為噴霧熱分解法，但該種方法設備投資非常大，大約需要2000～3000萬美元，同時因焙燒溶液所帶來的能耗也非常大，這在國內很難實現，還有焙燒出來的產品中的陰離子和其他雜質很難洗滌干凈。國內大多數廠商采用的是化學沉淀—熱分解法，方法是將可溶性鈷鹽經沉淀后得到不溶性鈷鹽，如草酸鈷、碳酸鈷等鈷鹽以及鈷的其他有機、無機絡合物在250～900℃熱分解制得的四氧化三鈷。這種方法具有反應條件溫和，工藝簡單，易于產業化，產物組成均勻，純度高等特點。但此種工藝生產的四氧化三鈷粉體大多為不規則形貌或其他球形或類球形，且粒度分布寬，無法滿足生產高品質的鈷酸鋰產品。

發明內容

本發明的目的在于提供一種八面體形貌的電子級四氧化三鈷粉體的制備方法。所制備的四氧化三鈷粉體具有完整的八面體形貌，松裝密度>0.7g/cm³，振實密度>2.0g/cm³。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種八面體形貌的四氧化三鈷粉體的制備方法，該方法包括下述步驟：

(1)、配制鈷鹽溶液，其中，鈷離子濃度為0.5～2mol/L；配制沉淀劑溶液，沉淀劑的濃度為0.5～3mol/L；

(2)、將把步驟(1)中配制的鈷鹽溶液和沉淀劑溶液同時并流加入到反應釜中，其中，所加入的鈷離子摩爾數與所加入的沉淀劑摩爾數在整個過程中其比值為1：1～2.2，并保持恒定，并且一邊加料，一邊攪拌，其反應溫度為40～80℃、反應pH值控制在5.5～6.8，加料完成后繼續攪拌30—60分鐘，卸料后陳化2～8小時，陳化溫度為20～80℃，生成鈷鹽沉淀物前驅體；

(3)、對前驅體進行抽濾或壓濾，并對抽濾或壓濾的沉淀物進行洗滌，洗滌后甩干，甩干后干燥，得到鈷鹽粉體；

(4)、將得到的鈷鹽粉體在400～800℃煅燒，煅燒時間為2～8小時，得到電子級四氧化三鈷粉體。

本發明的制備方法是在傳統的化學沉淀—熱分解工藝的基礎上，通過改進其生產工藝，成功制備出形貌為完整規則的八面體的四氧化三鈷粉體，產品結晶完整，滿足高性能鋰離子電池用鈷酸鋰的要求，并且通過合理改進現有工藝實現，具有重要的現實意義。

在所述步驟(1)中，所配制的鈷鹽溶液為氯化鈷溶液、醋酸鈷溶液或硝酸鈷溶液；所配制的沉淀劑溶液為碳酸銨溶液或碳酸氫銨溶液。

在所述步驟(2)中，鈷鹽溶液加入速度為20L～200L/h，沉淀劑溶液加入速度為30L～400L/h。

在所述步驟(2)中，攪拌速度為200～2000r/min。

在所述步驟(3)中，在洗滌過程中，是采用20～90℃的去離子水洗滌6～8遍，直至陰離子洗滌干凈。

在所述步驟(3)中，在干燥過程中，干燥的溫度為80～120℃，干燥的時間為2～10小時。

本發明的優點是：