一种亚微米氧化铝的制备方法
【专利摘要】一种亚微米氧化铝的制备方法，涉及一种膜涂层用亚微米氧化铝的制备方法。其特征在于其制备过程的步骤包括：（1）将氢氧化铝与氢氧化钠反应生成铝酸钠溶液；（2）采用加有矿化剂的硝酸溶液进行中和滴定反应；（3）沉淀物质经陈化、抽滤、洗涤、烘干，得到拟薄水铝石；（4）进行煅烧，得到α-Al2O3；（5）进行研磨、筛分、分级，得到亚微米级的α-Al2O3。本发明的制备方法，能得到转化率高、纯度高、粒度细的高分散的α-Al2O3，氧化铝材料的D50在200-700nm之间，能够适用于锂电隔膜涂层、金属膜涂层、无机膜涂层等，喷涂厚度不大于5μm，能够极大的提高隔膜的使用寿命和抗高温性能。
【专利说明】一种亚微米氧化铝的制备方法
【技术领域】
[0001]一种亚微米氧化铝的制备方法，涉及一种膜涂层用亚微米氧化铝的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，有机膜、无机膜、金属膜等膜技术广泛应用到电子材料、信息技术、医疗等领域。膜涂层作为改善膜性能、寿命的一种手段而得到科研工作者的青睐。氧化铝涂层就是其中重要的一种，比较典型的就是锂电池隔膜氧化铝涂层。
[0003]锂电池一般使用锂合金金属氧化物为正极材料，石墨为负极材料，有机膜为隔断介质。隔膜作为关键的内层组件之一，主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，同时使电解质离子通过。常用的有多孔聚丙烯、聚乙烯、以及丙烯与乙烯的共聚物、聚乙烯均聚物。
[0004]随着锂离子充电电池容量的不断提高，内部蓄积的能量越来越大，内部温度会提高，有可能出现温度过高使隔膜被融化而造成短路，如果在隔膜上涂覆一层高纯度纳米氧化铝涂层，就能避免电极之间的短路，从而提高锂电池使用的安全性与寿命。α -氧化铝由于其致密的晶体结构与稳定的物理化学性能，能够实现涂层的致密性，所以在一些新的研究及高端产品中逐渐应用。
[0005]由于锂电隔膜较薄，因此陶瓷膜厚度不能超过5 μ m,这就对氧化铝的粒度有较高要求，必须以纳米氧化铝或亚微米氧化铝为原料。纳米氧化铝的制备方法主要有醇铝水解法、微乳法、化学气相沉积法等，这些制备方法工艺都较复杂，原料价格昂贵，目前国内外的商品化的纳米氧化铝价位一般在20-50万元/吨；亚微米氧化铝主要制备方法为氧化铝机械研磨法、一水软铝石煅 烧研磨法、溶胶凝胶法等，此类方法缺点在于研磨原料晶粒较大、过程不易控制、研磨分散困难，价格比较昂贵。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是针对上述已有技术及产品的不足，提供一种能有效的提高氧化铝的纯度、降低氧化铝的原晶粒度且分布均匀、制备方法简单、生产成本低的亚微米氧化铝的制备方法。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0008]一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其制备过程的步骤包括:
(1)将氢氧化招与氢氧化钠反应生成招酸钠溶液；
(2)采用加有矿化剂的硝酸溶液进行中和滴定反应；
(3)中和反应得到的沉淀物质经陈化、抽滤、洗涤、烘干，得到拟薄水铝石；
(4)将得到的拟薄水铝石进行煅烧，得到α-Α1203 ；
(5)将得到的α-ΑΙΑ与研磨介质混合进行研磨、筛分、分级，得到亚微米级的α-Α1203。
[0009]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(1)中，反应生成铝酸钠溶液的铝酸钠的浓度为50-100g/l。[0010]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(2)中，硝酸溶液的重量浓度为10%-25%。
[0011 ] 本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(2)中，矿化剂为可溶性镁盐或氯化铵中的一种或二者的混合物，可溶性镁盐为硝酸镁或氯化镁；添加量为氧化铝质量的0.01%-0.1%。
[0012]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(2)中，矿化剂添加量为氧化铝质量的0.03%-0.08%。
[0013]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(2)中，进行中和滴定反应在搅拌下进行，搅拌转速为500-1000转/分钟。
[0014]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(3)中，中和反应得到的沉淀物质在PH值为7-9条件下，陈化为2-5h。
[0015]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(4)中，将得到的拟薄水铝石进行煅烧采用高温气氛电阻炉，气氛为高纯氮气条件下，在1200-1400°C温度下煅烧2-5小时。
[0016]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(4)中，煅烧温度为1250-1300°C。
[0017]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(5)中，研磨方式采用砂磨机，研磨介质选择氧化铝陶瓷球或者氧化锆球或珠。
[0018]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(5 )中，干燥方式选择喷雾干燥或者真空干燥。
[0019]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，优点在于采用硝酸中和法得到的拟薄水铝石前驱体原晶粒度较细，为l_2nm ;将矿化剂以湿法形式加入到氧化铝前驱体中，实现充分混合，提高煅烧过程中的作用效率；采用氮气保护，减少晶粒煅烧过程中的硬团聚；采用砂磨机实现氧化铝粉体的充分研磨与连续出料；采用喷雾干燥或者真空干燥，减少粉体在干燥过程中的团聚，实现亚微米级别的粉体制备。
[0020]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，制备过程采用铝酸钠溶液硝酸中和法制备拟薄水铝石前驱体，采用沉淀法加入矿化剂，然后将得到的拟薄水铝石前驱体经过高温煅烧、球磨、分级、均化，得到转化率高、纯度高、粒度细的高分散的α -Α1203，纯度为99.9%，α相转化率达到96%，氧化铝材料的D5(i在200-700nm之间，能够适用于锂电隔膜涂层、金属膜涂层、无机膜涂层等，喷涂厚度不大于5 μ m，能够极大的提高隔膜的使用寿命和抗高温性倉泛。
【具体实施方式】
[0021]一种亚微米氧化铝的制备方法，以氢氧化铝为原料，重溶得到铝酸钠溶液，提纯、除杂后，经硝酸中和法制备细晶拟薄水铝石，原晶粒度为l_2nm，矿化剂离子均匀分散在拟薄水铝石内部与表面；经高温煅烧、研磨、分级，得到200-700nm的亚微米氧化铝；涉及的氧化铝相态为α相，转化率大于93%，纯度大于99.9%，氧化镁添加量为0.03%_0.08wt%。
[0022]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，其铝酸钠的浓度最好在50_100g/l，稀硝酸浓度最好在10%-25% ;其中和沉淀时，沉淀的PH值在7-9之间，陈化时间为2-5h ;要求高速搅拌，转速为500-1000转/分钟，以保证拟薄水铝石的晶粒细化以及矿化剂的高度分散。
[0023]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，细化晶粒的矿化剂为镁的可溶性盐或氯化铵中的一种或者二者的混合物；矿化剂的添加量控制在氧化铝质量的0.03-0.08wt%,目的在于即实现了氧化铝的细晶化，又保证氧化铝的高纯度。
[0024]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，拟薄水铝石的煅烧温度控制在1200-1400°C之间，气氛为高纯氮气，最好控制在1250-1300°C左右，煅烧时间为2_5h。
[0025]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，研磨方式选择行星式球磨机或者砂磨机，最好选择砂磨机，研磨介质为氧化锆珠，出料方式为连续出料。
[0026]本发明的一种亚微米氧化铝的制备方法，分级方式为气流分级，干燥方式选择喷雾干燥或者真空干燥。
[0027]下面结合具体实施例对本发明予以说明。
[0028]实施例1
本实施例为铝酸钠溶液的制备方法，适用于实施例2 - 6。
[0029]在高压釜式反应器中加入4L纯水，倒入固体氢氧化钠2kg，搅拌使之溶解，投入工业氢氧化铝2.9kg，盖上釜盖，搅拌，加热至140°C保温4h，停止加热，降温至80°C，过滤、除杂得到纯净的铝酸钠溶液，浓度为725g/l。
[0030]实施例2
取1/10实施例1中的铝酸钠溶液，稀释至100g/l ;浓硝酸与纯水以1:2的比例稀释，称取49gMgCl2.6H20,溶解于稀硝酸中，将此溶液与铝酸钠溶液并流共沉淀至固定反应槽中，控制PH值为8.5，反应完成后于60°C陈化4h，抽滤，洗涤，烘干，得到拟薄水铝石。
[0031]将拟薄水铝石置于1700°C的高温电阻炉中，氮气保护，设定升温曲线，升至1200°C煅烧3h。冷却至室温后，取出，与氧化锆珠以2:1的比例置于10L的砂磨机中研磨，得到200nm-300nm的氧化铝浆体，喷雾干燥，即得到亚微米尺寸的、转化率达到94%的α -氧化招。
[0032]实施例3
拟薄水铝石制备过程如实施例2。
[0033]将拟薄水铝石置于1700°C的高温电阻炉中，氮气保护，设定升温曲线，升至1250°C煅烧5h。冷却至室温后，取出，与氧化锆珠以2:1的比例置于10L的砂磨机中研磨，得到300nm-400nm的氧化铝浆体，喷雾干燥，即得到亚微米尺寸的、转化率达到95%的α -氧化招。
[0034]实施例4
取1/10的铝酸钠溶液，稀释至80g/l ;浓硝酸与纯水以1:3的比例稀释，称取39.2gMg(N03)2.6H20，溶解于稀硝酸中，将此溶液与铝酸钠溶液并流共沉淀至固定反应槽中，控制PH值为8.5，反应完成后60°C陈化4h，抽滤，洗涤，烘干，得到拟薄水铝石。 [0035]将拟薄水铝石置于1700°C的高温电阻炉中，氮气保护，设定升温曲线，升至1200°C煅烧3h。冷却至室温后，取出，与氧化锆珠以2:1的比例置于10L的砂磨机中研磨，得到300-350nm的氧化铝浆体，喷雾干燥，即得到亚微米尺寸的、转化率达到93%的α -氧化招。[0036]实施例5
拟薄水铝石制备过程如例4。
[0037]将拟薄水铝石置于1700°C的高温电阻炉中，氮气保护，设定升温曲线，升至1250°C煅烧5h。冷却至室温后，取出，与氧化锆珠以2:1的比例置于10L的砂磨机中研磨，得到600nm的氧化铝浆体，喷雾干燥，即得到亚微米尺寸的、转化率达到95%的α -氧化铝。
[0038]实施例6
拟薄水铝石制备过程如例4。
[0039]将拟薄水铝石置于1700°C的高温电阻炉中，氮气保护，设定升温曲线，8°C /min,升至1300°C煅烧5h。冷却至室温后，取出，与氧化锆珠以2:1的比例置于10L的砂磨机中研磨，得到700nm的氧化铝浆体，喷雾干燥，即得到亚微米尺寸的、转化率达到96%的α -氧化招。·
【权利要求】
1.一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其制备过程的步骤包括:(1)将氢氧化招与氢氧化钠反应生成招酸钠溶液；(2)采用加有矿化剂的硝酸溶液进行中和滴定反应；(3)中和反应得到的沉淀物质经陈化、抽滤、洗涤、烘干，得到拟薄水铝石；(4)将得到的拟薄水铝石进行煅烧，得到α-Α1203 ；(5)将得到的α-ΑΙΑ与研磨介质混合进行研磨、筛分、分级，得到亚微米级的α-Α1203。
2.根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(1)中，反应生成铝酸钠溶液的铝酸钠的浓度为50-100g/l。
3.根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(2)中，硝酸溶液的重量浓度为10%-25%。
4.根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(2)中，矿化剂为可溶性镁盐或氯化铵中的一种或二者的混合物，可溶性镁盐为硝酸镁或氯化镁；添加量为氧化铝质量的0.01%-0.1%。
5.根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(2)中，矿化剂添加量为氧化铝质量的0.03%-0.08%。
6. 根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(2)中，进行中和滴定反应在搅拌下进行，搅拌转速为500-1000转/分钟。
7.根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(3)中，中和反应得到的沉淀物质在PH值为7-9条件下，陈化为2-5h。
8.根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(4)中，将得到的拟薄水铝石进行煅烧采用高温气氛电阻炉，气氛为高纯氮气条件下，在1200-1400°C温度下煅烧2-5小时。
9.根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(4)中，煅烧温度为1250-1300°C。
10.根据权利要求1所述的一种亚微米氧化铝的制备方法，其特征在于其步骤(5)中，研磨方式采用砂磨机，研磨介质选择氧化铝陶瓷球或者氧化锆球或珠；干燥方式选择喷雾干燥或者真空干燥。
【文档编号】C01F7/14GK103708512SQ201310669083
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】宋为聪, 王建立, 魏自帅, 顾华, 周风江, 姚长江 申请人:中国铝业股份有限公司