[发明专利]通过沉淀制备化合物的设备和方法

说明书

本申请是国际申请号为PCT/EP2007/052653，国际申请日为2007年3月20日的PCT国际专利申请进入中国阶段后的国家申请号为200780012137.7，发明名称为“通过沉淀制备化合物的设备和方法”的中国专利申请的分案申请。 

发明领域

本发明涉及通过从溶液沉淀固体制备化合物的设备和方法，其中，可以灵活地、相互独立地调节在沉淀中形成的固体颗粒的物理性质和化学性质，因此能以高空-时产率制备特制的产物。

背景技术

许多技术上重要的化合物是通过从溶液沉淀制备的，适合于这种目的的溶剂有水、有机化合物、和/或它们的混合物。通过从溶液沉淀制备化合物可以通过以下方式实现，例如，快速冷却，突然降低要沉淀的化合物的溶解度，通过掺混对所述化合物几乎不溶的另一种溶剂，或者通过化学反应，反应中，形成几乎不溶于该溶剂的化合物。通过均匀形成晶核，在沉淀中新形成的固相由许多细小的初级晶粒组成，这些晶粒通过团聚形成次级颗粒，或本身附着到已存在的次级颗粒上。

为了获得要求的应用性质，通常对初级颗粒和次级颗粒的质量有明确定义的要求。初级晶粒的性质以及由初级晶粒形成的团聚体的性质当然取决于工艺参数。相关工艺参数的数量很大程度上取决于具体的情况。化学-物理工艺参数包括例如温度、离析物溶液的浓度，母液中过量沉淀试剂的浓度、催化剂浓度、pH值、离子强度等。最重要的工艺参数也会是技术装置的参数，它们有停留时间、固体浓度、机械能输入、反应器的几何形状、用各种类型的搅拌器或泵进行充分混合的特性。主要的技术调节当然还包括对间歇过程或连续过程的选择。连续沉淀法能够均匀制备产物。对这些工艺参数存在一定的范围，可以在这些范围对这些工艺参数进行调整。因此，在离析物溶液中的离析物具有不能超过的最大溶解度。从而溶解度限定了产物悬浮液中可能的最大固体浓度。 但是，在母液中溶解度例如受到可能在沉淀反应中形成的中性盐的溶解度的限制。此外，可能需要以中性盐浓度进行操作，该浓度低于由离析物浓度自然产生的浓度。经常存在的问题是对影响初级颗粒性质的工艺参数的调整不能达到最佳，或者甚至对次级颗粒的所需性质产生相反的作用。因此，技巧在于在初级颗粒和次级颗粒的性质方面找到对工艺参数的调整，以得到合理的折衷的结果。

因此，存在许多次要条件，这些条件使对产物性质的明确的调整复杂化。而且，不能实现某些产物性质，例如比表面、孔隙率、摇实密度(tap density)、堆积密度、粒度分布、流动性、晶体粒度等，不过在无现存的限制条件下经常可能实现这些性质。例如，发现对某些金属氢氧化物，在现有的反应条件下比表面随固体含量增加呈绝对线性下降，但是无法对所需比表面的外推固体含量进行调整，因为外推固体含量大于天然生成的固体含量。

仅举一个例子来说，通常可以通过沉淀法制备的纯净的过渡金属氢氧化物或混合的过渡金属氢氧化物是现代可再充电的高性能电池组的重要组分或前体。因此，例如，掺杂有钴和锌的氢氧化镍形成镍-金属氢化物和镍-镉电池组中的正电极的活性组分(Z.Krisstallogr.220(2005)306-315)。对已知的镍-金属氢化物电池组，例如，当前使用通常基于发泡技术的电极，这需要使用类球形颗粒形式的正性活性材料。

同样，在日益重要的可再充电的锂离子/聚合物电池组中使用类球形颗粒。相当一段时间内，主要因为经济上的原因，世界范围都在试图部分取代或甚至完全取代在迄今锂离子/聚合物电池组中包含的昂贵的钴(为LiCoO₂形式)。为此，对金属Ni、Mn和Al的其他化合物，例如Li(Ni，Co，Mn)O₂或Li(Ni，CoAl)O₂进行了深入的研究。第一步骤在于制备相应的球形氢氧化物前体，所述前体可以通过Co沉淀进行合成，然后任选进行涂覆，在添加锂组分的条件下，以通过热处理将所述前体转化为氧化的最终产物。