六角片四氧化三钴的制备方法.pdf

《六角片四氧化三钴的制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《六角片四氧化三钴的制备方法.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102249348 A (43)申请公布日 2011.11.23 CN 102249348 A *CN102249348A* (21)申请号 201110141300.8 (22)申请日 2011.05.26 C01G 51/04(2006.01) (71)申请人 中国科学院青海盐湖研究所 地址 810008 青海省西宁市新宁路 18 号 (72)发明人 孟庆芬 朱东海 刘鑫 乃学瑛 董亚萍 李武 (74)专利代理机构 兰州中科华西专利代理有限 公司 62002 代理人 李艳华 (54) 发明名称 六角片四氧化三钴的制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种六角片四氧化。

2、三钴的制备方 法， 该方法包括以下步骤 ： (1) 混料 ： 将钴原料、 强 碱饱和溶液与助熔剂混合均匀， 烘干后得到烧结 物料 ； (2) 焙烧 ： 将所述烧结物料粉碎、 焙烧后， 经 自然冷却， 得到烧结物 ； (3) 溶浸 ： 将所述烧结物 置于 0.1 2.0M 盐酸中浸泡， 经洗涤过滤后得到 四氧化三钴六角片湿产品 ； (4) 干燥 ： 将所述四氧 化三钴六角片湿产品烘干后， 即得产物六角片四 氧化三钴。本发明一步煅烧直接合成了六角片 四氧化三钴， 因此， 不但避免了前驱体沉淀物的合 成， 有效地降低了反应步骤、 反应温度及时间， 降 低了能耗及制备成本， 而且反应条件易控制， 有利。

3、 于实现规模化工业生产 ； 同时所得产品纯度高、 收率高， 粒径均匀、 性能稳定。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102249348 A1/1 页 2 1. 六角片四氧化三钴的制备方法， 包括以下步骤 ： (1) 混料 ： 将钴原料、 强碱饱和溶液与助熔剂以 1 3 1 1 9 5 的摩尔比混合 均匀， 在 50 100的温度下经烘干后， 得到烧结物料 ； (2) 焙烧 ： 将所述烧结物料粉碎至 40 80 目后， 在焙烧炉中以 5 10 /min 的速率 升温至 700 900焙烧 。

4、0.5 6h 后， 经自然冷却， 得到烧结物 ； (3) 溶浸 ： 将所述烧结物置于 0.1 2.0M 盐酸中浸泡 0.1 12h， 经洗涤过滤后得到四 氧化三钴六角片湿产品 ； (4)干燥 ： 将所述四氧化三钴六角片湿产品在60120下烘干， 即得产物六角片四氧 化三钴。 2. 如权利要求 1 所述的六角片四氧化三钴的制备方法， 其特征在于 ： 所述步骤 (1) 中 的钴原料为七水硫酸钴、 六水氯化钴、 六水硝酸钴中的任意一种。 3. 如权利要求 1 所述的六角片四氧化三钴的制备方法， 其特征在于 ： 所述步骤 (1) 中 的强碱饱和溶液为氢氧化钠饱和溶液或氢氧化钾饱和溶液。 4. 如权利要。

5、求 1 所述的六角片四氧化三钴的制备方法， 其特征在于 ： 所述步骤 (1) 中 的助熔剂为氯化钠、 氯化钾、 硼酐、 硼酸、 硼砂、 四硼酸钾中的任意一种。 权 利 要 求 书 CN 102249348 A1/4 页 3 六角片四氧化三钴的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及无机盐材料技术领域， 尤其涉及六角片四氧化三钴的制备方法。 背景技术 0002 四氧化三钴 (Co3O4) 是一种重要的功能材料， 它是制备锂离子电池正极材料钴 酸锂的主要原料， 同时也被广泛应用于超级电容器、 陶瓷、 催化剂、 传感器、 磁性材料等领 域 ； 其制备方法很多 ： 化学沉淀 - 热分解法、 直接沉淀法。

6、、 胶体化学法、 机械球磨法、 水热法 等。目前已经实现工业化生产的方法主要为化学沉淀 - 煅烧法， 即在控制温度、 pH 值等工 艺条件下， 可以制备各种热分解前驱体， 同时控制前驱体的形貌和粒度， 得到具有特定形貌 粒度比表面积的四氧化三钴粉体。直接沉淀法通过控制一定条件从钴盐溶液中直接沉淀 四氧化三钴粉体， 例如， 在六硝基钴酸钠溶液中通入氨气气体形成缓冲体系， 陈化后生成 Co3O4-CoOOH 混合物沉淀， 再经热处理生成球形四氧化三钴粒子。胶体化学法包括溶胶 - 凝 胶法、 胶溶法等 ： 氯化钴与碳酸钠溶液混合后， 通过调整 pH 值， 生成水合氧化钴胶体， 再经 DBS 表面活性。

7、剂和二甲苯萃取， 制成有机溶胶， 经回流脱水、 减压蒸馏， 除去有机溶剂后， 在 170 200下真空干燥后再高温热处理。水热法制备四氧化三钴粉体， 需要较高的反应温 度和压力 ： 采用二价钻盐分别与 TEA、 EDTA、 HEDTA 制备的鳌合物作为前驱体， 在 250下， 用 双氧水作氧化剂， 在强碱性溶液中陈化 10h， 生成四氧化三钴粒子。 0003 片状四氧化三钴其颗粒形状为六角形片状， 是一种具有二维平面结构的粉体， 具 有优良的本征性质和特殊的结构特征。与其它片状粉体相比， 片状四氧化三钴具有优良的 综合性能， 硬度大、 机械强度高、 耐酸性、 耐碱性好， 具有较小的厚度与较大的。

8、径厚比， 在厚 度方向可以达到纳米级， 而在径向为微米级， 不易团聚而便于有效分散， 是极有发展前途的 无机盐材料。 0004 目前， 六角片状四氧化三钴的制备方法为水热法， 即将氰化钾溶液加入到氯化钴 溶液中， 再加入双氧水转移到聚四氟乙烯高压釜中， 180反应16h。 此法最大的缺点是采用 了剧毒物质氰化钾， 制备时间长， 产物六角片表面有裂痕。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是提供一种制备周期短、 操作简单、 产品纯度高、 品质 好、 收率高的六角片四氧化三钴的制备方法。 0006 为解决上述问题， 本发明所述的一种六角片四氧化三钴的制备方法， 包括以下步 骤 ： 0007。

9、 (1) 混料 ： 将钴原料、 强碱饱和溶液与助熔剂以 1 3 1 1 9 5 的摩尔比 混合均匀， 在 50 100的温度下经烘干后， 得到烧结物料 ； 0008 (2) 焙烧 ： 将所述烧结物料粉碎至 40 80 目后， 在焙烧炉中以 5 10 /min 的 速率升温至 700 900焙烧 0.5 6h 后， 经自然冷却， 得到烧结物 ； 0009 (3) 溶浸 ： 将所述烧结物置于 0.1 2.0M 盐酸中浸泡 0.1 12 小时， 经洗涤过滤 说 明 书 CN 102249348 A2/4 页 4 后得到四氧化三钴六角片湿产品 ； 0010 (4)干燥 ： 将所述四氧化三钴六角片湿产品。

10、在60120下烘干， 即得产物六角片 四氧化三钴。 0011 所述步骤(1)中的钴原料为七水硫酸钴(CoSO4 7H2O)、 六水氯化钴(CoCl2 6H2O)、 六水硝酸钴 (Co(NO3)26H2O) 中的任意一种。 0012 所述步骤 (1) 中的强碱饱和溶液为氢氧化钠饱和溶液或氢氧化钾饱和溶液。 0013 所述步骤 (1) 中的助熔剂为氯化钠 (NaCl)、 氯化钾 (KCl)、 硼酐 (B2O3)、 硼酸 (H3BO3)、 硼砂 (Na2B4O710H2O)、 四硼酸钾 (K2B4O74H2O) 中的任意一种。 0014 本发明与现有技术相比具有以下优点 ： 0015 1、 由于本发。

11、明一步煅烧直接合成了六角片四氧化三钴， 因此， 不但避免了前驱体 沉淀物的合成， 有效地降低了反应步骤、 反应温度及时间， 降低了能耗及制备成本， 而且反 应条件易控制， 有利于实现规模化工业生产 ； 同时所得产品纯度高、 收率高， 粒径均匀、 性能 稳定。 0016 2、 由于本发明使用的钴源先于氢氧化钠或氢氧化钾反应生成氢氧化钴， 过量的氢 氧化钠或氢氧化钾与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钴， 氢氧化钴和碳酸钴在强碱条件下 高温下分解为六角片状四氧化三钴， 因此， 有效地降低了反应温度及时间， 只需在 700 900下焙烧 0.5 6h 即可， 实现了降低能耗、 降低生产成本的目的。 001。

12、7 3、 本发明制备的四氧化三钴六角片材料产品纯度高、 品质好， 收率达90以上。 经 XRD衍射分析(荷兰帕纳科公司生产的X Pert PRO型X-ray衍射仪， Cu靶， 2580， 电流30mA， 电压40kV。 )， 结果与四氧化三钴标准(42-1467)衍射谱图对照， 可以发现各峰位 置吻合很好， 无其他杂质峰存在， 说明产品纯度较高 ( 参见图 1) ； 同时， 对其进行扫描电子 显微镜观察(日本JEOL公司生产的JSM-5610LV型扫描电子显微镜， 加速电压20kV， 工作距 离 20mm， 束斑 22， SEI。)， 可以发现本发明产品为六角片状晶体， 边长范围为 1 10m。

13、( 参 见图 2、 图 3、 图 4)， 通过控制助溶剂的种类和质量， 得到不同边长的六角片。 0018 4、 本发明操作简单、 制备周期短、 生产成本低、 能耗小、 产品质量好， 易于实现规模 化工业生产。 附图说明 0019 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。 0020 图 1 为本发明制备的四氧化三钴六角片产品的 XRD 衍射图。 0021 图 2 为本发明制备的四氧化三钴六角片产品的 SEM 扫描图。 0022 图 3 为本发明制备的四氧化三钴六角片产品的 SEM 扫描图。 0023 图 4 为本发明制备的四氧化三钴六角片产品的 SEM 扫描图。 具体实施方式 00。

14、24 实施例 1 六角片四氧化三钴的制备方法， 包括以下步骤 ： 0025 (1) 混料 ： 将钴原料CoCl2 6H2O、 强碱饱和溶液氢氧化钠饱和溶液与助熔 剂H3BO3以 1 3 1 的摩尔比搅拌 20min 使其充分混合均匀， 然后放入烘箱在 80的 温度下经烘干 24h 后， 得到烧结物料。 说 明 书 CN 102249348 A3/4 页 5 0026 (2)焙烧 ： 将烧结物料粉碎至4080目后， 转移至焙烧坩锅， 送入焙烧炉中以5 10 /min 的速率升温， 在 750下焙烧 3h 后， 经自然冷却， 得到烧结物。 0027 (3) 溶浸 ： 将带坩埚的烧结物置于 0.1M。

15、 的盐酸中浸泡 1h， 经洗涤过滤后得到四氧 化三钴六角片湿产品。 0028 (4) 干燥 ： 将四氧化三钴六角片湿产品放入烘箱， 调节温度至 60， 烘干 12 小时， 即得产物六角片四氧化三钴。该四氧化三钴六角片产品经 X- 射线衍射鉴定为纯相。六角 片边长为 1 8m。 0029 实施例 2 六角片四氧化三钴的制备方法， 包括以下步骤 ： 0030 (1) 混料 ： 将钴原料CoCl2 6H2O、 强碱饱和溶液氢氧化钾饱和溶液与助熔 剂KCl 以 1 4 5 的摩尔比搅拌 20min 使其充分混合均匀， 然后放入烘箱在 80的 温度下经烘干 24h 后， 得到烧结物料。 0031 (2)。

16、焙烧 ： 将烧结物料粉碎至4080目后， 转移至焙烧坩锅， 送入焙烧炉中以5 10 /min 的速率升温， 在 900下焙烧 6h 后， 经自然冷却， 得到烧结物。 0032 (3) 溶浸 ： 将带坩埚的烧结物置于 1M 的盐酸中浸泡 0.5h， 经洗涤过滤后得到四氧 化三钴六角片湿产品。 0033 (4) 干燥 ： 将四氧化三钴六角片湿产品放入烘箱， 调节温度至 120， 烘干 8 小时， 即得产物六角片四氧化三钴。该四氧化三钴六角片产品经 X- 射线衍射鉴定为纯相。六角 片边长为 5 10m。 0034 实施例 3 六角片四氧化三钴的制备方法， 包括以下步骤 ： 0035 (1) 混料 ：。

17、 将钴原料CoSO4 7H2O、 强碱饱和溶液氢氧化钠饱和溶液与助熔 剂Na2B4O7 10H2O 以 1 6 2 的摩尔比搅拌 20min 使其充分混合均匀， 然后放入烘箱 在 80的温度下经烘干 48h 后， 得到烧结物料。 0036 (2)焙烧 ： 将烧结物料粉碎至4080目后， 转移至焙烧坩锅， 送入焙烧炉中以5 10 /min 的速率升温， 在 800下焙烧 0.5h 后， 经自然冷却， 得到烧结物。 0037 (3) 溶浸 ： 将带坩埚的烧结物置于 2M 的盐酸中浸泡 3h， 经洗涤过滤后得到四氧化 三钴六角片湿产品。 0038 (4) 干燥 ： 将四氧化三钴六角片湿产品放入烘箱，。

18、 调节温度至 90， 烘干 10 小时， 即得产物六角片四氧化三钴。该四氧化三钴六角片产品经 X- 射线衍射鉴定为纯相。六角 片边长为 2 10m。 0039 实施例 4 六角片四氧化三钴的制备方法， 包括以下步骤 ： 0040 (1) 混料 ： 将钴原料Co(NO3)26H2O、 强碱饱和溶液氢氧化钠饱和溶液与 助熔剂NaCl 以 1 5 4 的摩尔比搅拌 20min 使其充分混合均匀， 然后放入烘箱在 80的温度下经烘干 48h 后， 得到烧结物料。 0041 (2)焙烧 ： 将烧结物料粉碎至4080目后， 转移至焙烧坩锅， 送入焙烧炉中以5 10 /min 的速率升温， 在 900下焙烧。

19、 1h 后， 经自然冷却， 得到烧结物。 0042 (3) 溶浸 ： 将带坩埚的烧结物置于 0.5M 的盐酸中浸泡 6h， 经洗涤过滤后得到四氧 化三钴六角片湿产品。 0043 (4) 干燥 ： 将四氧化三钴六角片湿产品放入烘箱， 调节温度至 100， 烘干 8h， 即得 产物六角片四氧化三钴。该四氧化三钴六角片产品经 X- 射线衍射鉴定为纯相。六角片边 说 明 书 CN 102249348 A4/4 页 6 长为 2 10m。 0044 实施例 5 六角片四氧化三钴的制备方法， 包括以下步骤 ： 0045 (1) 混料 ： 将钴原料Co(NO3)26H2O、 强碱饱和溶液氢氧化钾饱和溶液与 。

20、助熔剂B2O3以173的摩尔比搅拌20min使其充分混合均匀， 然后放入烘箱在50 的温度下经烘干 48h 后， 得到烧结物料。 0046 (2)焙烧 ： 将烧结物料粉碎至4080目后， 转移至焙烧坩锅， 送入焙烧炉中以5 10 /min 的速率升温， 在 700下焙烧 4h 后， 经自然冷却， 得到烧结物。 0047 (3) 溶浸 ： 将带坩埚的烧结物置于 1M 的盐酸中浸泡 0.1h， 经洗涤过滤后得到四氧 化三钴六角片湿产品。 0048 (4) 干燥 ： 将四氧化三钴六角片湿产品放入烘箱， 调节温度至 80， 烘干 8h， 即得 产物六角片四氧化三钴。该四氧化三钴六角片产品经 X- 射线。

21、衍射鉴定为纯相。六角片边 长为 1 10m。 0049 实施例 6 六角片四氧化三钴的制备方法， 包括以下步骤 ： 0050 (1) 混料 ： 将钴原料CoSO4 7H2O、 强碱饱和溶液氢氧化钾饱和溶液助与熔 剂K2B4O7 4H2O 以 1 9 5 的摩尔比搅拌 20min 使其充分混合均匀， 然后放入烘箱在 100的温度下经烘干 48h 后， 得到烧结物料。 0051 (2)焙烧 ： 将烧结物料粉碎至4080目后， 转移至焙烧坩锅， 送入焙烧炉中以5 10 /min 的速率升温， 在 750下焙烧 2h 后， 经自然冷却， 得到烧结物。 0052 (3)溶浸 ： 将带坩埚的烧结物置于1.5M的盐酸中浸泡12h， 经洗涤过滤后得到四氧 化三钴六角片湿产品。 0053 (4) 干燥 ： 将四氧化三钴六角片湿产品放入烘箱， 调节温度至 100， 烘干 11h， 即 得产物六角片四氧化三钴。该四氧化三钴六角片产品经 X- 射线衍射鉴定为纯相。六角片 边长为 2 10m。 说 明 书 CN 102249348 A1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102249348 A2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 。