[發(fā)明專利]球形α-氫氧化鈷的制備方法及球形α-氫氧化鈷

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011506232.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112624206A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張勇;羅喆;韓培林;桑子容;陳喆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G51/04
• 分類號(hào): C01G51/04;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 陳曉華

本發(fā)明涉及球形α?氫氧化鈷的制備方法及球形α?氫氧化鈷，包括如下步驟：在鈷鹽溶液中加入有機(jī)胺，在溫度為50?70℃下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，固液分離得到球形α?Co(OH)₂固體和有機(jī)胺鹽溶液，有機(jī)胺選自微溶于水的液狀有機(jī)胺中的一種或多種的組合；在有機(jī)胺鹽溶液中加入無(wú)機(jī)堿，反應(yīng)得到含有無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)胺的混合液，分液回收混合液中的有機(jī)胺并將其用于步驟1)。基于本發(fā)明的方法，不僅可以制備出較為穩(wěn)定的球形α?Co(OH)₂，且制備過(guò)程中采用有機(jī)胺作為沉淀劑，無(wú)需額外的金屬離子或者絡(luò)合劑的加入，原料組分簡(jiǎn)單、成本低廉，且有機(jī)胺能夠循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫氧化鈷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及球形α-氫氧化鈷的制備方法及球形α-氫氧化鈷。

背景技術(shù)

鈷酸鋰是目前大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的正極材料之一，雖然技術(shù)十分成熟穩(wěn)定，但其綜合性能仍有很大的改進(jìn)余地，其中的一個(gè)方向就是對(duì)高振實(shí)密度球形正極材料的研究。眾所周知，球形正極材料不僅擁有較高的振實(shí)密度，而且由于其優(yōu)秀的流動(dòng)性和加工性能，十分有利于電極片的涂覆，所以成為鈷酸鋰正極材料的一個(gè)改進(jìn)方向。市場(chǎng)上鈷酸鋰的是采用固相燒結(jié)法來(lái)進(jìn)行制備，該法是采用鋰鹽與氧化鈷進(jìn)來(lái)煅燒。對(duì)氧化鈷性能要求較高，需要具備良好的形貌與電化學(xué)性能。現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道，鋰離子電池的形貌是繼承其前驅(qū)體的形貌而來(lái)，所以當(dāng)下越來(lái)越多的人將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)換為球形氧化鈷的制備，球形氫氧化鈷作為球形氧化鈷制備的前驅(qū)體受到越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。氫氧化鈷具備兩種晶型結(jié)構(gòu)，即α型與β型，α-Co(OH)₂具有類似水滑石結(jié)構(gòu)，典型特征是層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的結(jié)構(gòu)，此類型氫氧化鈷顏色通常呈藍(lán)青色；β-Co(OH)₂具有水鎂石結(jié)構(gòu)，羥離子六方緊密堆積，陽(yáng)離子充填于每?jī)蓪酉噜彽牧u離子之間的全部八面空隙，組成配位八面體的結(jié)構(gòu)層，結(jié)構(gòu)層內(nèi)屬離子鍵，結(jié)構(gòu)層間以共價(jià)鍵相維系，其顏色往往呈磚紅色。現(xiàn)有的文獻(xiàn)表明α-Co(OH)₂具有比β-Co(OH)₂更高的電化學(xué)活性，原因在于，α-Co(OH)₂具有較大的層狀結(jié)構(gòu)，方便電子的流通，因此具有良好的導(dǎo)電性能(Du Y,O’Hare D,Synthesis morphology structureand magnetic characterization of layered cobalt hydroxyisocyantes[J].Inorganic Chenistry,2008,47:3234-3242.)

現(xiàn)有技術(shù)中，通常在堿性條件下直接對(duì)氯化鈷或者硫酸鈷進(jìn)行沉淀，在該條件下，生成的α-Co(OH)₂容易發(fā)生轉(zhuǎn)晶的現(xiàn)象從而轉(zhuǎn)換為β型，因此很難直接通過(guò)加堿沉淀的方法制備得到穩(wěn)定的、高純度的α-Co(OH)₂；工廠制備氫氧化鈷也有采用的是氫氧化鈉作為堿源，加入氨水作為絡(luò)合劑同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)配pH，但后續(xù)制備出產(chǎn)品銨離子濃度較高，需要進(jìn)行后續(xù)處理，例如需要大量洗水來(lái)進(jìn)行沖洗，同時(shí)反應(yīng)后的母液銨離子濃度較高不能直接排放，需要進(jìn)行蒸氨處理，此工序又需要消耗大量能源；現(xiàn)有文獻(xiàn)也有報(bào)道選取檸檬酸、EDTA代替氨水來(lái)進(jìn)行絡(luò)合，方便后續(xù)除雜處理，且不會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性雜質(zhì)。但反應(yīng)后母液呈現(xiàn)紅色，說(shuō)明有部分鈷鹽未進(jìn)行反應(yīng)，增加鈷損耗；為了制備出比較穩(wěn)定α-Co(OH)₂，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也有采用的摻雜法，將氫氧化鈷晶格中的鈷用其他金屬進(jìn)行部分同晶替換，本質(zhì)是是用一些性能穩(wěn)定的金屬來(lái)對(duì)鈷的晶型進(jìn)行加固，但制備工藝相對(duì)復(fù)雜，且會(huì)進(jìn)一步增加成本。因此，現(xiàn)有技術(shù)中缺乏簡(jiǎn)單、高效、低成本制備穩(wěn)定α-Co(OH)₂的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為：提供球形α-氫氧化鈷的制備方法及球形α-氫氧化鈷，不僅可以制備出較為穩(wěn)定的球形α-Co(OH)₂，且制備過(guò)程中采用有機(jī)胺作為沉淀劑，無(wú)需額外的金屬離子或者絡(luò)合劑的加入，原料組分簡(jiǎn)單、成本低廉，且有機(jī)胺能夠循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明提供的具體解決方案如下：

本發(fā)明提供了球形α-氫氧化鈷的制備方法，包括如下步驟：