一種氧化鈷鋰及其簡(jiǎn)易合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料及新能源領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鈷鋰及其簡(jiǎn)易合成方法，在磁性材料、催化、鋰離子電池等多個(gè)領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鈷鋰一般有兩種結(jié)構(gòu):層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)氧化鈷鋰LiCoO2S鋰離子電池中最常見的正極材料，其研宄始于1980年，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池等新能源領(lǐng)域。尖晶石結(jié)構(gòu)氧化鈷鋰Li1.47Co304也是一種重要的功能材料，在磁性材料、催化、鋰離子電池等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
[0003]目前制備氧化鈷鋰材料的方法多種多樣，主要包括固相法、液相法和氣相法三大類。例如，公開號(hào)為CN1189396C的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種氧化鈷鋰材料的制備方法:將碳酸鋰、氫氧化鋰或以及四氧化三鈷、三氧化二鈷、碳酸鈷中任一種或其混合物相混合，其中前者與后者加入量的克分子比為0.95-1.15: I ;將上述混合料松裝堆積，其厚度小于30毫米，進(jìn)行壓片造粒，經(jīng)造粒后的原料再進(jìn)行高溫固相反應(yīng)；冷卻后粉碎即成。
[0004]目前合成的氧化鈷鋰基本都是層狀結(jié)構(gòu)氧化鈷鋰LiCoO2,而尖晶石結(jié)構(gòu)氧化鈷鋰Liu7Co3O4的合成及報(bào)道鮮見于文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種IA47Co3O4及其簡(jiǎn)易液相制備方法，實(shí)現(xiàn)氧化鈷鋰的簡(jiǎn)易高效制備，更易于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于:1.合成了新的氧化鈷鋰Liu7Co3O4材料；2.發(fā)展了新的低溫燃燒方法單步合成高度結(jié)晶的Li U7Co3O4，避免了通常燃燒法的高溫工藝。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案，具體包括以下步驟:
(I)稱取可溶性的鈷鹽、鋰鹽、有機(jī)燃料及燃燒助劑，配制成水溶液，攪拌溶解至透明溶液。
[0007]( 2)將溶液加熱到50-100 °C，水分不斷蒸干至粘稠狀的凝膠狀態(tài)。
[0008](3)將凝膠加熱到130-290 °C，凝膠發(fā)生自蔓延燃燒，得到黑色的疏松粉末。
[0009](4)將所得粉末加入到溶劑中清洗干燥，即得高純目標(biāo)材料。
[0010]本發(fā)明所述制備方法的步驟(I)中，所述的可溶性的鈷鹽為硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化亞鐵、或硫酸高鐵銨中的一種或兩種以上。
[0011]本發(fā)明所述制備方法的步驟(I)中，所述的可溶性的鋰鹽為硝酸鋰、氯化鋰、硫酸鋰、碳酸鋰中的一種或兩種以上。
[0012]本發(fā)明所述制備方法的步驟(I)中，所述的有機(jī)燃料為檸檬酸、甘氨酸或尿素中的一種或兩種以上，所加有機(jī)燃料的摩爾數(shù)為Fe離子摩爾數(shù)的0.3-0.9倍。
[0013]本發(fā)明所述制備方法的步驟(I)中，所述的燃燒助劑為硝酸銨，所加硝酸按的摩爾數(shù)為Fe離子摩爾數(shù)的0.001-1倍。
[0014]本發(fā)明所述制備方法的步驟(3)中，所述的凝膠也可通過明火或微波引燃，再發(fā)生自蔓延燃燒。
[0015]本發(fā)明所述制備方法的步驟(4)中，所述的清洗溶劑為去離子水、乙醇、丙醇、丙酮等的一種或兩種以上。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單容易操作，原料廉價(jià)易得，合成了新的氧化鈷鋰Li147Co3O4M料，而且發(fā)展了新的低溫燃燒方法單步合成高度結(jié)晶的Li U7Co3CVLiu7Co3O4將在磁性材料、催化、鋰離子電池等多個(gè)領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。通過本發(fā)明的工藝可以避免通常的多步復(fù)雜工藝、工藝周期長(zhǎng)或昂貴設(shè)備等，成本低，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0018]附圖1為實(shí)施例之一的Lih47Co3O4的X-射線衍射圖譜，由圖可確證這是尖晶石結(jié)構(gòu)的 Lih47Co3Op
[0019]附圖2是實(shí)施例之一的Lih47Co3O4的掃描電子顯微鏡照片。
[0020]附圖3是實(shí)施例之一的Lih47Co3O4的室溫下的磁滯回線。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0023]實(shí)施例1:
分別稱取1.5 g硝酸鈷、0.3 g硝酸鋰、0.7 g檸檬酸及0.8 g硝酸銨，配制成水溶液，攪拌溶解至透明溶液。將溶液加熱到80 °C，水分不斷蒸干至粘稠狀的凝膠狀態(tài)。將凝膠放入到250 V的環(huán)境中加熱，凝膠發(fā)生自蔓延燃燒，得到黑色的疏松粉末。將所得粉末加入到水中清洗，干燥。
[0024]實(shí)施例2:
分別稱取1.5 g硝酸鈷、0.2 g硫酸鋰、I g檸檬酸及0.1 g硝酸銨，配制成水溶液，攪拌溶解至透明溶液。將溶液加熱到100 °C，水分不斷蒸干至粘稠狀的凝膠狀態(tài)。將凝膠放入到200 V的環(huán)境中加熱，凝膠發(fā)生自蔓延燃燒，得到黑色的疏松粉末。將所得粉末加入到乙醇中清洗，干燥。
[0025]實(shí)施例3:
分別稱取0.7 g氯化鈷、0.2 g碳酸鋰、0.4 g甘氨酸及0.4 g硝酸銨，配制成水溶液，攪拌溶解至透明溶液。將溶液加熱到50 °C，水分不斷蒸干至粘稠狀的凝膠狀態(tài)。將凝膠放入到290 V的環(huán)境中加熱，凝膠發(fā)生自蔓延燃燒，得到黑色的疏松粉末。將所得粉末加入到去離子水中清洗，干燥。
[0026]實(shí)施例4:
分別稱取0.8 g硫酸鈷、0.1 g氯化鋰、0.3 g尿素及0.2 g硝酸銨，配制成水溶液，攪拌溶解至透明溶液。將溶液加熱到100 °C，水分不斷蒸干至粘稠狀的凝膠狀態(tài)。將凝膠放入到130 °C的環(huán)境中加熱，凝膠發(fā)生自蔓延燃燒，得到黑色的疏松粉末。將所得粉末加入到乙醇中清洗，干燥。
[0027]實(shí)施例5:
分別稱取0.7 g氯化鈷、0.2 g硝酸鋰、0.2 g甘氨酸及0.14 g硝酸銨，配制成水溶液，攪拌溶解至透明溶液。將溶液加熱到50 °C，水分不斷蒸干至粘稠狀的凝膠狀態(tài)。將凝膠放入到290 V的環(huán)境中加熱，凝膠發(fā)生自蔓延燃燒，得到黑色的疏松粉末。將所得粉末加入到去離子水中清洗，干燥。
[0028]上述實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的對(duì)本發(fā)明的各種修改或變形，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化鈷鋰(Li U7Co3O4)及其簡(jiǎn)易合成方法，其特征在于:包括如下步驟:(I)稱取可溶性的鈷鹽、鋰鹽、有機(jī)燃料及燃燒助劑，配制成水溶液，攪拌溶解至透明溶液；(2)將溶液加熱到50-100 °C，水分不斷蒸干至粘稠狀的凝膠狀態(tài)；(3)將凝膠加熱到130-290°C，凝膠發(fā)生自蔓延燃燒，得到黑色的疏松粉末；(4)將所得粉末加入到溶劑中清洗干燥，即得高純目標(biāo)材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LiU7Co3O4及其簡(jiǎn)易合成方法，其特征在于:所述的可溶性的鈷鹽為硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化亞鐵、或硫酸高鐵銨中的一種或兩種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LiU7Co3O4及其簡(jiǎn)易合成方法，其特征在于:所述的可溶性的鋰鹽為硝酸鋰、氯化鋰、硫酸鋰、碳酸鋰中的一種或兩種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LiU7Co3O4及其簡(jiǎn)易合成方法，其特征在于:所述的有機(jī)燃料為檸檬酸、甘氨酸或尿素中的一種或兩種以上，所加有機(jī)燃料的摩爾數(shù)為Fe離子摩爾數(shù)的0.3-0.9倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LiU7Co3O4及其簡(jiǎn)易合成方法，其特征在于:所述的燃燒助劑為硝酸銨，所加硝酸按的摩爾數(shù)為Fe離子摩爾數(shù)的0.001-1倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LiU7Co3O4及其簡(jiǎn)易合成方法，其特征在于:所述的凝膠也可通過明火或微波引燃，再發(fā)生自蔓延燃燒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LiU7Co3O4及其簡(jiǎn)易合成方法，其特征在于:所述的清洗溶劑為去離子水、乙醇、丙醇、丙酮等的一種或兩種以上。
【專利摘要】本發(fā)明屬于新材料、新能源及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鈷鋰（Li1.47Co3O4）及其簡(jiǎn)易合成方法。包括如下步驟：稱取可溶性的鈷鹽、鋰鹽、有機(jī)燃料及燃燒助劑，配制成水溶液，攪拌溶解至透明溶液；將溶液加熱到50-100℃，水分不斷蒸干至粘稠狀的凝膠狀態(tài)；將凝膠加熱到130-290℃，凝膠發(fā)生自蔓延燃燒，得到黑色的疏松粉末，將所得粉末加入到溶劑中清洗干燥，即得高純目標(biāo)材料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單容易操作，原料廉價(jià)易得，所制備的Li1.47Co3O4，有望在高效光催化、磁性材料、鋰離子電池、超級(jí)電容器等器件中得到應(yīng)用。本發(fā)明的工藝成本低，避免了通常的多步復(fù)雜工藝、工藝周期長(zhǎng)或昂貴設(shè)備等，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類】C01G51-00
【公開號(hào)】CN104787805
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510184040
【發(fā)明人】夏國(guó)棟, 姚書山, 王素梅
【申請(qǐng)人】齊魯工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日