[發明專利]多孔一維納米四氧化三鈷的制備方法

無效

• 申請號: 200910116442.1
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101508470A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 耿保友;余楠
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;H01M4/58
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐 暉

技術領域

本發明涉及納米金屬氧化物的制備方法，特別涉及一種可用作鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的原料多孔一維鈉米四氧化三鈷的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有電壓高，放電平穩，大電流放電性能，比能量高、無污染、循環性能好等優點。近年來鋰離子電池產業日漸成熟，因此被廣泛應用到手機、電腦、汽車等各種產品中，隨著鋰離子電池性能不斷提高改進，鋰離子電池的正極材料的研究也被提出更高要求。四氧化三鈷作為制備鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的重要原料，其物理化學性能對正極材料鈷酸鋰以及電池將產生較大的影響，電池級四氧化三鈷除要求具備較高的純度和振實密度外，其形貌、粒度分布還有一定的要求。研究和開發高比表面、高比容量、高化學穩定性、長循環壽命、安全性好的鋰離子電池材料是提高鋰離子電池應用性能的主要任務之一。

合成Co₃O₄的常用方法有以下幾種：

1、固相法：它主要是將含鈷的化合物與鋰鹽按一定配比混合，在給定的溫度下，通空氣焙燒一定時間，冷至室溫得產物。但上述幾種方法制備的產物粒度分布不均，易團聚，電化學性能較差，10次循環后其比容量由1000mAh/g到100mAh/g以下，因此，其工業化難度較大。

2、沉淀法：主要采用鈷鹽和沉淀劑(碳酸鈉、草酸胺等)反應制取含鈷的沉淀物，然后經高溫煅燒，得到四氧化三鈷，如CN101066781A公開了一種鋰離子電池用四氧化三鈷的制備方法，該方法公開了以草酸鈷為煅燒原料，進行三步煅燒之后分解成四氧化三鈷的技術方案，煅燒時溫度和設備要求都很高，這樣無形之中增加了生產成本，并且產品顆粒分布不均勻，很難達到現在電池性能提高的要求，最終影響產品的工業化。

中國專利CN1948167A公開了一種四氧化三鈷納米管的制備方法，該方法以含有二價鈷離子的可溶性鹽溶液為原料，加入氨水攪拌生成沉淀，然后將沉淀和無機鹽在密閉的容器高溫反應十幾個小時得到四氧化三鈷納米管。該方法雖然得到了納米一維的四氧化三鈷，但是反應時間長，引進的原料種類多，粒徑分布不均勻。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單，粒徑分布均勻的多孔一維鈉米四氧化三鈷的制備方法。

本發明解決技術問題的技術方案為：多孔一維鈉米四氧化三鈷的制備方法，包括以下工序：

a)合成工序：室溫下將濃度為二價鈷鹽與尿素溶液混合，在溫度為80-120℃，反應0.5—12小時；

b)過濾洗滌工序：將合成的固體產品過濾，洗滌，烘干，即可得到干燥的鈷氫氧化物的納米結構；

c)煅燒工序：將過濾洗滌工序得到的產物置于200-400℃溫度下加熱，加熱時間為1-2小時，冷卻至室溫。

在合成工序中，優選的二價鈷鹽的濃度為0.04-0.1mol/L；尿素溶液為0.04-0.1mol/L。

所述的二價鈷鹽為氯化鈷、硝酸鈷和硫酸鈷。

本發明的合成工序中，在反應初期，水溶液的過飽和度很高，尿素的分解與CoOOH晶粒成核生長幾乎同時發生，高過飽和度有利于所形成的粒度小的CoOOH具有多面體狀生長形態，這些晶粒成為多腳狀CoOOH的“核”。隨著小粒度的CoOOH晶粒的不斷生成，水熱溶液的過飽和度下降。當下降到一定程度時，晶粒極性生長占優勢，最終在“核”上形成多腳狀CoOOH晶體，即我們所得到的棒簇結構。當尿素的濃度降低時，溶液的飽和度不是很高，不利于“核”的多面體生長，只能朝一個方向不斷生長，最終得到線狀結構。

本發明的煅燒工序是將前一階段的氫氧化物前驅體轉化為多孔的四氧化三鈷納米結構，產物的形貌不會發生變化。

本發明制備的粒徑均勻、尺度小、活性好、松裝密度大的四氧化三鈷一維多孔納米材料，其主要技術指標如表1所示：

表1：