[发明专利]一种氧化钴锂及其简易合成方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料及新能源领域，特别涉及一种氧化钴锂及其简易合成方法，在磁性材料、催化、锂离子电池等多个领域有重要应用前景。

背景技术

氧化钴锂一般有两种结构：层状结构和尖晶石结构。层状结构氧化钴锂LiCoO₂为锂离子电池中最常见的正极材料，其研究始于1980年，广泛应用于锂离子电池等新能源领域。尖晶石结构氧化钴锂Li_1.47Co₃O₄也是一种重要的功能材料，在磁性材料、催化、锂离子电池等多个领域有广泛应用前景。

目前制备氧化钴锂材料的方法多种多样，主要包括固相法、液相法和气相法三大类。例如，公开号为CN1189396C的中国发明专利公开了一种氧化钴锂材料的制备方法：将碳酸锂、氢氧化锂或以及四氧化三钴、三氧化二钴、碳酸钴中任一种或其混合物相混合，其中前者与后者加入量的克分子比为0.95-1.15∶1；将上述混合料松装堆积，其厚度小于30毫米，进行压片造粒，经造粒后的原料再进行高温固相反应；冷却后粉碎即成。

目前合成的氧化钴锂基本都是层状结构氧化钴锂LiCoO₂，而尖晶石结构氧化钴锂Li_1.47Co₃O₄的合成及报道鲜见于文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Li_1.47Co₃O₄及其简易液相制备方法，实现氧化钴锂的简易高效制备，更易于大规模生产和应用。本发明的创新点主要在于：1. 合成了新的氧化钴锂Li_1.47Co₃O₄材料；2.发展了新的低温燃烧方法单步合成高度结晶的Li_1.47Co₃O₄，避免了通常燃烧法的高温工艺。

本发明的技术方案，具体包括以下步骤：

(1) 称取可溶性的钴盐、锂盐、有机燃料及燃烧助剂，配制成水溶液，搅拌溶解至透明溶液。

( 2) 将溶液加热到50-100 ℃，水分不断蒸干至粘稠状的凝胶状态。

(3) 将凝胶加热到130-290 ℃，凝胶发生自蔓延燃烧，得到黑色的疏松粉末。

(4)将所得粉末加入到溶剂中清洗干燥，即得高纯目标材料。

本发明所述制备方法的步骤(1)中， 所述的可溶性的钴盐为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化亚铁、或硫酸高铁铵中的一种或两种以上。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的可溶性的锂盐为硝酸锂、氯化锂、硫酸锂、碳酸锂中的一种或两种以上。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的有机燃料为柠檬酸、甘氨酸或尿素中的一种或两种以上，所加有机燃料的摩尔数为Fe离子摩尔数的0.3-0.9倍。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的燃烧助剂为硝酸铵，所加硝酸按的摩尔数为Fe离子摩尔数的0. 001-1倍。

本发明所述制备方法的步骤(3)中，所述的凝胶也可通过明火或微波引燃，再发生自蔓延燃烧。

本发明所述制备方法的步骤(4)中，所述的清洗溶剂为去离子水、乙醇、丙醇、丙酮等的一种或两种以上。

本发明的有益效果是：本发明工艺简单容易操作，原料廉价易得，合成了新的氧化钴锂Li_1.47Co₃O₄材料，而且发展了新的低温燃烧方法单步合成高度结晶的Li_1.47Co₃O₄。Li_1.47Co₃O₄将在磁性材料、催化、锂离子电池等多个领域有重要应用前景。通过本发明的工艺可以避免通常的多步复杂工艺、工艺周期长或昂贵设备等，成本低，适合工业化大规模生产。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为实施例之一的Li_1.47Co₃O₄的X-射线衍射图谱，由图可确证这是尖晶石结构的Li_1.47Co₃O₄。

附图2是实施例之一的Li_1.47Co₃O₄的扫描电子显微镜照片。