一种氧化亚钴及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种氧化亚钴及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：混合氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液，进行共沉淀反应，得到碳酸钴；所述共沉淀反应的体系中，原料仅包括氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液；在保护性气体下，煅烧得到的碳酸钴，得到所述氧化亚钴。本发明专利技术提供的制备方法以氯化钴和碳酸氢铵为原料，未引入其他pH调节剂或表面活性剂等其它化合物，减少了杂质离子的引入，使碳酸钴的纯度高，稳定性好且晶粒均匀，从而避免了还原过程中氧化亚钴易氧化的问题，使得到的氧化亚钴粒径小，纯度高和晶粒均匀度高。纯度高和晶粒均匀度高。纯度高和晶粒均匀度高。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化亚钴及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于钴材料制备
，涉及一种氧化亚钴，尤其涉及一种氧化亚钴及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]氧化亚钴被广泛用于电池行业，它能提高电池的比能量和输出功率，延长充放电循环使用寿命，减少自放电现象，显著改善电池性。此外，氧化亚钴因其具有较高的催化活性，也常用作催化剂材料，其催化性能受微观结构的影响十分显著。
[0003]氧化亚钴的生产方式主要有两种，一种使直接通过湿法合成氧化亚钴颗粒，该方法对设备的要求高，要求的压力大，一般只适用于实验室研究，产业化较少。另一种方法是首先通过湿法合成碳酸钴，然后在惰性气氛下高温还原成氧化亚钴，该方法是目前产业化常用的方法；但是通过共沉淀法制备得到的碳酸钴，其晶粒长大过程中通常有杂质混入，结晶度不高，且晶粒不均匀；再者，由于氧化亚钴化学性质不稳定，在碳酸钴还原生成氧化亚钴的过程中极易氧化，特别是当碳酸钴的粒径较小时，容易出现氧化而导致的自燃想象，降低了氧化亚钴的纯度，虽然提高还原温度能改善自燃想象，但会导致颗粒一次晶型变粗，影响后续催化性能，同时会增加生产成本。
[0004]CN 105879873A公开了一种纳米级催化剂氧化亚钴的制备方法，首先以氯化钴溶液为原料，使用柠檬酸与溶液中钴离子络合，使钴离子缓慢释放，以聚苯乙烯丙烯酸为模板，利用聚苯乙烯丙烯酸表面的
‑
COOH基团与氯化钴溶液水解产物氢氧化钴胶体颗粒的静电和化学吸附作用，将水解产生的氢氧化钴胶体颗粒均匀吸附在聚苯乙烯丙烯酸粒子表面，形成溶胶，在加热升温条件下，氢氧化钴胶体颗粒脱水，生成氧化钴晶核，长大后的氧化钴晶体均匀包裹于聚苯乙烯丙烯酸模板表面，再将其转入无氧条件下煅烧，除去聚苯乙烯丙烯酸内核，得到产物氧化亚钴；其公开的制备方法在络合阶段会引入杂质离子影响氧化亚钴的纯度和颗粒粒度，也存在易氧化自燃的现象。
[0005]基于以上研究，需要提供一种氧化亚钴的制备方法，其能减少杂质离子的引入，得到的氧化亚钴颗物相纯，颗粒小且不易被氧化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种氧化亚钴及其制备方法与应用，尤其涉及一种小颗粒的氧化亚钴及其制备方法与应用，所述制备方法的原料仅包括氯化钴盐和碳酸氢铵，未引入其他物质，减少了体系中杂质离子的引入，并采用共沉淀法制备得到了小粒径且杂质离子含量较少的碳酸钴，煅烧后得到了小颗粒的氧化亚钴。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种氧化亚钴的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0009](1)混合氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液，进行共沉淀反应，得到碳酸钴；
[0010]所述共沉淀反应的体系中，原料仅包括氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液；
[0011](2)在保护性气体下，煅烧步骤(1)得到的碳酸钴，得到所述氧化亚钴。
[0012]本专利技术提供了一种氧化亚钴的制备方法，所述制备方法以氯化钴和碳酸氢铵为原料，未引入其他pH调节剂或表面活性剂等其它化合物，减少了杂质离子的引入，使碳酸钴的洁净度高且晶粒均匀，从而避免了还原过程中氧化亚钴易氧化的问题，使得到的氧化亚钴粒径小，并具有较高的纯度和晶粒均匀度；同时，本专利技术所述制备方法克服了现有技术中小颗粒氧化亚钴制备过程中易氧化，工艺复杂，杂质多且能耗高的问题。
[0013]优选地，步骤(1)所述共沉淀反应的终点为：直至得到的碳酸钴的粒径D
90
在3μm以下，例如可以是3μm、2.5μm、2μm、1.5μm、1μm、0.5μm或0.3μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0014]优选地，步骤(2)所述氧化亚钴的一次颗粒粒径分布在100nm以下，是指氧化亚钴的一次颗粒的粒径范围分布在100nm以下范围内。
[0015]优选地，步骤(2)所述氧化亚钴的形貌为球形或类球形。
[0016]优选地，步骤(1)所述共沉淀反应的温度为35
‑
45℃，例如可以是35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；当共沉淀反应的温度过高或过低时，会对碳酸钴形貌，生长速度，以及密实程度造成影响，从而影响氧化亚钴的形貌和粒径分布。
[0017]优选地，步骤(1)所述共沉淀反应的pH为7.3
‑
7.7，例如可以是7.3、7.35、7.4、7.45、7.5、7.55、7.6或7.7，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；当共沉淀反应的pH过低时，碳酸钴颗粒易团聚，使粒度变大，当pH过高时，使碳酸钴的粒度过细，从而使其形貌往长条形状生长。
[0018]优选地，步骤(1)所述共沉淀反应通过调节碳酸氢铵的加入量控制反应的pH。
[0019]本专利技术通过控制碳酸氢铵的加入量调节体系的pH，避免因pH调节剂的加入而引入的杂质离子，并且本专利技术是通过控制共沉淀反应的温度和pH来控制碳酸钴的粒径和晶粒均匀性，从而使得到的氧化亚钴的粒径能在100nm以下，并且晶粒均匀性高。
[0020]优选地，步骤(1)所述混合氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液的方法包括：氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液以并流的方式添加至含有底液的反应釜中。
[0021]优选地，所述并流通过计量泵实现。
[0022]本专利技术通过计量泵实现原料的并流加入，从而精确调控体系中的pH，使共沉淀反应体系中的pH保持稳定，从而促进碳酸钴晶粒均匀的生长。
[0023]优选地，所述底液包括浓度为40
‑
80g/L的碳酸氢铵，例如可以是40g/L、50g/L、60g/L、70g/L或80g/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术实现pH的调控需要在通入氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液之前，在反应釜中加入特定浓度的碳酸氢铵底液，以实现在刚开始通入氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液时，体系中pH的稳定。
[0025]优选地，所述氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液的流量比为1.5
‑
2.1，例如可以是1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0或2.1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，步骤(2)所述煅烧的温度为300
‑
450℃，例如可以是300℃、320℃、340℃、360℃、380℃、400℃、420℃、440℃或450℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列
举的数值同样适用。
[0027]优选地，步骤(2)所述煅烧的时间为1
‑
3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h或3h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0028]优选地，步骤(2)所述保护性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氡气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化亚钴的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液，进行共沉淀反应，得到碳酸钴；所述共沉淀反应的体系中，原料仅包括氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液；(2)在保护性气体下，煅烧步骤(1)得到的碳酸钴，得到所述氧化亚钴。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述共沉淀反应的终点为：直至得到的碳酸钴的粒径D
90
在3μm以下；优选地，步骤(2)所述氧化亚钴的一次颗粒粒径分布在100nm以下；优选地，步骤(2)所述氧化亚钴的形貌为球形或类球形。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述共沉淀反应的温度为35
‑
45℃；优选地，步骤(1)所述共沉淀反应的pH为7.3
‑
7.7；优选地，步骤(1)所述共沉淀反应通过调节碳酸氢铵的加入量控制反应的pH。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液的方法包括：氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液以并流的方式添加至含有底液的反应釜中。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述并流通过计量泵实现；优选地，所述底液包括浓度为40
‑
80g/L的碳酸氢铵；优选地，所述氯化钴溶液和碳酸氢铵溶液的流量比为1.5
‑
2.1。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述煅烧的温度为300
‑
450℃，时间为1
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3h；优选地，步骤(2)所述保护性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，刘文泽，陈颖，赵亚强，张坤，于杨，段小波，胡美林，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：