[发明专利]一种纳米球型四氧化三钴的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米球型四氧化三钴的制备方法。将无水醋酸与无水酒精混合得到醋酸酒精的混合溶液，再加入碳酸钴反应，然后加入无水硫酸钙颗粒，搅拌混合，然后过滤，将醋酸钴‑酒精溶液放入高压反应釜内，通入H₂和O₂的混合气体，高温高压下搅拌反应2‑3小时，继续反应0.5‑1小时，得到纳米球型四氧化三钴颗粒；将反应后的物料经过离心分离，将滤渣放入真空烘干，经过过筛后纳米球型四氧化三钴。本发明工艺简单，成本低，工艺流程短，且完全不产生含有钴离子、氨氮、碱金属离子、硫酸根、氯离子等杂质的废水，得到的产品团聚指数小，分散性好，一次粒径为20‑40nm，团聚指数小，比表面积大，且形貌为球型。

技术领域

本发明涉及一种纳米球型四氧化三钴的制备方法，属于电池材料技术领域。

背景技术

四氧化三钴为黑色或灰黑色粉末,常规的松装密度0.5-1.5g/mL，振实密度2.0-3.0g/mL。为一氧化钴合三氧化二钴的产物。露置空气中易于吸收水分，但不生成水合物。易溶于硝酸。加热到1200℃以上时会分解为氧化亚钴。在氢气火焰中强热到900℃时，还原为金属钴。

其应用领域，主要用于生产电池正极材料钴酸锂。主要分为的总类的电池级四氧化三钴，和电子级四氧化三钴用于制造电阻。也用于制造珐琅中钴的原料或其它用途的氧化剂。另外汽车尾气CO在四氧化三钴纳米棒的催化作用下，低温与氧气发生反应，生成二氧化碳。

目前的纳米四氧化三钴存在团聚指数大，分散性差，且在四氧化三钴生产过程中会产生大量的含有钴离子、氨氮、碱金属离子、硫酸根、氯离子等杂质的废水，比如共沉淀工艺每吨产品产生废水30-50吨，工艺流程长，成本高且比表面积低等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种纳米球型四氧化三钴的制备方法，工艺简单，成本低，工艺流程短，且完全不产生含有钴离子、氨氮、碱金属离子、硫酸根、氯离子等杂质的废水，得到的产品团聚指数小，分散性好，一次粒径为20-40nm，团聚指数小于3，比表面积达到130-150m2/g，且形貌为球型。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一种纳米球型四氧化三钴的制备方法，其为以下步骤：

(1)将无水醋酸与无水酒精混合得到醋酸酒精的混合溶液，再加入碳酸钴，在25-40℃反应，反应至碳酸钴完全溶解，得到醋酸钴-酒精溶液，然后加入无水硫酸钙颗粒，搅拌混合，然后过滤，使得醋酸钴-酒精溶液中的水分含量低于50ppm；

(2)高压反应，将醋酸钴-酒精溶液放入高压反应釜内，通入H₂和O₂的混合气体，在温度为125-130℃、压力为1-1.5Mpa条件下搅拌反应2-3小时，前三分之一的反应时间内，混合气体中H₂和O₂的摩尔比为1:0.5，中间三分之一的反应时间内，混合气体中H₂和O₂的摩尔比为3:2，后面三分之一的反应时间内，混合气体中H₂和O₂的摩尔比为5:3，然后停止通入混合气体，继续反应0.5-1小时，得到纳米球型四氧化三钴颗粒；

(3)后处理，将反应后的物料经过离心分离，将滤渣放入真空烘干，在温度为60-70℃、压力为1000-5000Pa的下烘干至滤渣中的有机物含量低于100ppm，经过过筛后纳米球型四氧化三钴。

所述步骤(1)醋酸酒精的混合溶液中醋酸的浓度为2-2.5mol/L，醋酸酒精的混合溶液中醋酸与碳酸钴的摩尔比为2.01-2.02:1，碳酸钴的其他金属杂质含量小于50ppm，硫酸根含量小于100ppm，氯离子含量小于20ppm。

所述步骤(1)中加入的无水硫酸钙与碳酸钴的摩尔数之比为0.6-0.65：1，过滤得到的二水硫酸钙经过高温脱水返回步骤(1)继续使用。