[发明专利]利用液相阴极辉光放电等离子体制备片状纳米β-氢氧化钴的方法

说明书

本发明提供了一种利用液相阴极辉光放电等离子体制备片状纳米β‑Co(OH)₂的方法，是以钴片为阳极，针状铂丝为阴极，NaNO₃溶液为电解液，在阴阳两电极间施加150~250V电压，并对电解液进行持续搅拌，阴极产生辉光形成稳定的辉光放电等离子体，阳极钴片不断消耗，溶液由无色向棕色转变；持续放电0.5~2.0h，得到棕色浊液；然后将棕色浊液超声分散后高速离心，洗涤，干燥，研细，即得到片状纳米β‑Co(OH)₂。本发明以牺牲阳极钴片制得片状纳米β‑Co(OH)₂，可通过调控电解液浓度、放电电压、放电时间等，获得不同粒径的片状β‑Co(OH)₂纳米颗粒；产物杂质少、纯度高、结晶度好，便于分离，可进行工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种片状纳米β-Co(OH)₂的制备方法，特别涉及一种利用液相阴极辉光放电等离子体技术直接由阳极Co片制备片状纳米β-Co(OH)₂的方法。

背景技术

Co(OH)₂是制备Ni-Cd、MH-Ni和锂离子等充电电池的关键材料之一。作为蓄电池的添加剂，Co(OH)₂可以显著改善电池的充放电性能，提高电极的导电性和充电效率，延长充放电循环寿命和活性物质的利用率等。另外，Co(OH)₂也是制备锂离子电池正极材料LiCoO₂的优良前驱体；同时，Co(OH)₂还是制备钴化合物的原材料。因此，随着我国高能电池工业的快速发展，市场对Co(OH)₂的需求日益增大(徐秋红, 等. 应用化工, 2006, 35(7): 504)。

Co(OH)₂主要有两种结构，分别为α和β型。β-Co(OH)₂与β-Ni(OH)₂的结构相似，均为六方晶系（CdI₂型）。Co(OH)₂颗粒的纳米化是实现其优良电化学性能的基础。β-Co(OH)₂的制备方法主要有沉淀转化法、惰性气体保护法、电解法和固相反应法等。谢明等(电源技术,1998, 22(4): 148)通过电解-沉淀法制备出β-Co(OH)₂。李阳兴等(电源技术, 1999, 23(6): 325)通过在惰性气体保护下制备出了β-Co(OH)₂片晶细粉。王文帝等(过程工程学报,2006, 6(1): 128)采用水热法在不同pH条件下考查了β-Co(OH)₂纳米晶的合成及性能。贾殿赠等(无机化学学报, 2005, 21(4): 535)用固相反应法合成出了β-Co(OH)₂纳米棒。然而，在Co(OH)₂的制备过程会遇到很多困难，Co(OH)₂沉淀时容易形成胶体难以过滤；其在碱性溶液中容易被空气中的氧气氧化为棕褐色的Co(OH)₃等。上述制备方法虽然在防止Co(OH)₂胶体形成方面取得一定成绩，但在防止氧化方面仍采用惰性气体法。这势必对工艺条件和生产设备提出较高的要求，不但使生产成本增加，而且在过滤、洗涤等后续工序中很难避免产品不被氧化。由于反应条件苛刻，Co(OH)₂的工业化生产难度较大(徐秋红, 等. 应用化工, 2006, 35(7): 504)。另外，Co(OH)₂的制备过程中，是以Co(NO₃)₂·6H₂O、CoSO₄等为钴盐前驱体，以氨水溶液为沉淀剂，在惰性气体保护下反应，过程复杂，成本昂贵，易产生二次污染。