專利名稱：四氧化三鈷的低溫合成方法
技術領域：
本發(fā)明是有關一種合成四氧化三鈷的方法，尤其有關一種四氧化三鈷的低溫合成方法。
背景技術：
由于可充電鋰電池的優(yōu)異能量密度，使得目前已經廣泛用于可攜式電子設備例如移動式電話及筆記型計算機的可充電能源，而鋰電池的正極材料為鋰鈷氧化物(lithium cobalt oxides)，制造鋰鈷氧化物的先驅反應物即為四氧化三鈷，因此市場對于四氧化三鈷的需求也逐漸增加。
一般制作四氧化三鈷的傳統(tǒng)方式為以硫酸鈷為起始物，氫氧化納、碳酸氫納(sodium hydrogen carbonate)或碳酸鈉(sodium carbonate)為沉淀劑，經過濾、水洗、干燥后，以大于300℃以上的溫度培燒(calcining)后即可得四氧化三鈷，例如JP5506281、JP2208227、JP2311318、JP4321523、JP922692、JP08096809、JP11292548等專利。這些專利之間的不同處主要在沉淀方式的處理，如以不同沉淀劑草酸(oxalic acid)、草酸銨(ammonium oxalate)或氨水(ammonium hydroxide)等，然而最終仍需使用高溫耗能的方式，氧化生成四氧化三鈷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一主要目的在以低溫氧化制程技術合成四氧化三鈷。
本發(fā)明方法在將沉淀劑加入硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷的水溶液形成沉淀物后，不加予過濾即送入一高壓釜或具回流裝置的反應器于50～100℃的低溫及一氧化劑存在下進行氧化反應，即可氧化合成四氧化三鈷，然后才進行過濾、水洗、干燥。
實施方式本發(fā)明提出一種低溫制備四氧化三鈷的合成方法，四氧化三鈷除了可用于制作鋰電池的正極材料，亦可用于制作磁性材料、釉料及催化劑。
本發(fā)明的合成四氧化三鈷粉體的方法，包含下列步驟a)將一水可溶的二價鈷化合物與一堿金屬氫氧化物、堿金屬鹽、氫氧化銨或銨鹽于水中進行反應而形成氫氧化鈷；b)將步驟a)所獲得反應混合物與一氧化劑于50～100℃的溫度及一回流或密閉高壓的條件下進行反應，而形成四氧化三鈷粉體；c)固液分離步驟b)所獲得的反應混合物；及d)水洗及干燥步驟c)所獲得四氧化三鈷粉體。
較佳的，步驟a)包含將硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷與氫氧化鈉于pH＝10～13之間進行反應。
較佳的，其中步驟b)的氧化劑為氧氣、過錳酸鉀、過氯酸鉀或過氧化氫。
較佳的，步驟b)的氧化劑為氧氣，且該氧化反應是于回流條件及90～100℃的溫度下進行。
較佳的，步驟b)的氧化劑為過氯酸鉀，且該氧化反應是于回流條件及90～100℃的溫度下進行。
較佳的，步驟b)的氧化劑為氧氣，且該氧化反應是于一高壓釜(autoclave)內及90～100℃的溫度下進行。
較佳的，步驟c)的固液分離采用過濾的方式。
較佳的本發(fā)明方法所制備的四氧化三鈷粉體實質上為球狀且平均粒徑小于200nm。
依照本發(fā)明的一較佳實施例所完成的低溫制造四氧化三鈷的制程包含沉淀反應、氧化反應、過濾、水洗、干燥等步驟。
該沉淀反應可使用硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷為起始物，加入一沉淀劑例如氫氧化鈉、碳酸氫鈉或碳酸鈉，在pH值為10～13之間，較佳的pH值為11～12之間進行。
該氧化反應是在一高壓釜或具回流裝置的反應器內，在50～100℃，較佳的在90～100℃的溫度進行。使用高壓釜時先將氧氣或一氧化劑導入于位于該高壓釜內由該沉淀反應所獲得的反應混合物，再密閉高壓釜進行氧化反應，該高壓釜內的壓力自然增壓。使用具回流裝置的反應器時，則可一次加入氧化劑或連續(xù)的導入氧氣于位于該反應器內由該沉淀反應所獲得的反應混合物。
該過濾步驟可使用真空抽濾方式進行。該水洗步驟較佳的包含使用去離子水水洗過濾所得的濾餅。該干燥步驟較佳的包含于100℃烘干水洗后的濾餅。干燥然即可得黑色松散的四氧化三鈷產物。


圖1為高溫及低溫(本發(fā)明)所得的四氧化三鈷粉體的X光繞射圖(XRD)。
圖2為本發(fā)明方法所制得的四氧化三鈷的掃描式電子顯微鏡影像圖(SEM)。
具體實施例方式
實施例1取硫酸鈷(CoSO4·7H2O，分子量281.11，MECHEMA CHEMICALSINTERNATIONAL CORP.，Taiwan)22.488g加入100ml的去離子水并攪拌溶解。另取氫氧化鈉4.8g溶于100ml去離子水中。將兩水溶液混合并攪拌24小時來完成沉淀反應。然后將該沉淀反應所獲得的反應混合物送入一具回流裝置的反應器中并以2l/min的流量通入氧氣于回流下進行氧化反應，其中以油浴加熱方式，維持反應溫度在90～100℃，反應時間24小時。以真空過濾方式過濾該氧化反應所獲得的反應混合物，以去離子水水洗濾餅，以去除其上的雜質離子。最終將水洗后的濾餅送入烘箱于100℃烘干12小時，得黑色松散的四氧化三鈷產物。
圖1所示為此實施例1所制得的產物之X光繞射圖，其與圖1中同時示出的傳統(tǒng)高溫制程所得的四氧化三鈷具有相同的特性峰位置，故實施例1所制得的產物粉末為四氧化三鈷。圖2為實施例1所制得的產物粉末的電子掃描顯微鏡影像圖，從其中可發(fā)現(xiàn)該產物粉末的顆粒呈圓球狀，且大部份的顆粒的粒徑小于200nm。
實施例2除了將該氧化反應所使用的的氧氣改為7.353g的過氯酸鉀(KClO3)外，其余均重復實施例1的步驟。
實施例3除了以高壓釜取代具回流裝置的反應器外，其余均重復實施例1的步驟。
實施例2及3得到與實施例1相同的四氧化三鈷粉末。
權利要求
1.一種合成四氧化三鈷粉體的方法，包含下列步驟a)將一水可溶的二價鈷化合物與一堿金屬氫氧化物、堿金屬鹽、氫氧化銨或銨鹽于水中進行反應而形成氫氧化鈷；b)將步驟a)所獲得反應混合物與一氧化劑于50～100℃的溫度及一回流或密閉高壓的條件下進行反應，而形成四氧化三鈷粉體；c)固液分離步驟b)所獲得的反應混合物；及d)水洗及干燥步驟c)所獲得四氧化三鈷粉體。
2.如權利要求1所述的方法，其中步驟a)包含將硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷與氫氧化鈉于pH＝10～13之間進行反應。
3.如權利要求1所述的方法，其中步驟b)的氧化劑為氧氣、過錳酸鉀、過氯酸鉀或過氧化氫。
4.如權利要求3所述的方法，其中的氧化劑為氧氣，且步驟b)的氧化反應是在回流條件及90～100℃的溫度下進行。
5.如權利要求3所述的方法，其中的氧化劑為過氯酸鉀，且步驟b)的氧化反應是在回流條件及90～100℃的溫度下進行。
6.如權利要求3所述的方法，其中的氧化劑為氧氣，且步驟b)的氧化反應是在一高壓釜內及90～100℃的溫度下進行。
7.如權利要求1所述的方法，其中步驟c)的固液分離為過濾。
8.如權利要求1至7任一項所述的方法，其中該四氧化三鈷粉體為球狀且平均粒徑小于200nm。
全文摘要
本發(fā)明是有關一種合成四氧化三鈷的方法，尤其有關一種四氧化三鈷的低溫合成方法。本發(fā)明方法是在將沉淀劑加入硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷的水溶液形成沉淀物后，不加予過濾即送入一高壓釜或具回流裝置的反應器于50～100℃的溫度及一氧化劑存在下進行氧化反應，即可氧化合成四氧化三鈷。
文檔編號C01G51/00GK1623908SQ200310116889
公開日2005年6月8日 申請日期2003年12月2日 優(yōu)先權日2003年12月2日
發(fā)明者李日琪, 林俊仁, 許哲源 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院