一种高纯碳酸锂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及纳米级裡盐的制备技术领域，特别是设及一种纳米级高纯碳酸裡的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 裡离子电池具有高容量、高电压、低能耗、无记忆效应、无公害、体积小。自放电少、 循环次数多等优势，被广泛应用于移动电话、PDA、笔记本电脑、携带式光盘等电子产品中， 并逐步向电动汽车、空间技术、国防工业等领域拓展，是当今最受关注的新型电池之一。裡 离子电池由负极材料、正极材料及电解液等组成，但现有的电极和电解液材料已经达到性 能的极限，新一代裡离子电池的研制迫切需要材料技术上的突破。研究表明，裡离子电池纳 米级的电极材料具有晶粒粒径小、比表面积大、离子扩散系数高等特点，有利于粒子内层活 性材料中裡离子的嵌入脱出，提高活性材料的利用率，改善材料的充放电循环性能，电极及 电解液接触面积的增加亦可提高充放电速率，该对改善裡离子电池的性能有着质的突破。
[0003] 碳酸裡作为一种重要的基础裡盐，在磁性材料、原子能工业及光电信息等高技术 领域被广泛使用，尤其作为新型裡离子电池正极材料及电解质的原料，常用来生产高纯氯 化裡、漠化裡、氣化裡、高氯酸裡等高纯二次裡盐，进而制备电池正极材料和电解质，故纳米 级碳酸裡对实现纳米材料在裡离子电池中的应用具有重要意义。
[0004] 目前合成纳米级碳酸裡的方法主要为水溶液法、气-液相接触法等。
[0005] 中国专利CN101209846A公开了一种电池用纳米级碳酸裡的制备方法，该法通过 将裡离子与碳酸根离子在含有水溶性分散剂的水溶液中进行接触反应后，沉化、过滤、水 洗、干燥，制得粒径在80纳米W下的碳酸裡。该法较好地利用了分散剂的分散性，使生成的 碳酸裡粒径相对较小，但分散剂的稳定性易受温度、抑及体系中的杂质离子的影响，分散性 能有限，使粒子粒径范围较难控制，不利于工业生产。
[0006] 中国专利CN102180488A公开了一种制备纳米碳酸裡的方法，该法通过将水溶性 裡盐与水溶性分散剂溶于水配成混合溶液，再将该溶液通过喷淋分散到旋转填充床环形填 充区的多孔填料上，同时通入二氧化碳或碳酸盐水溶液，通过离屯、力使其充分混合后，生成 的纳米碳酸裡颗粒随混合液排出，经过滤、洗漆、干燥制得纳米级碳酸裡粉末。该法操作方 便、生产效率高，相对W往工艺已有明显提升，但该法中仍较依赖分散剂的作用，使用过程 中分散剂的稳定性对产品粒径有较大影响。
【发明内容】
[0007] 本发明为克服现有技术中存在的问题和不足，提供了一种纳米级高纯碳酸裡的制 备方法，其工艺易于控制、生产成本低、品质佳，满足纳米级产品要求。
[000引本发明所采用的技术方案是一种纳米级高纯碳酸裡的制备方法，包括W下步骤： 制备包括裡源和碳酸源在内的反应前驱物，利用所述反应前驱物结合水溶性分散剂，在水 热合成反应蓋中特有的条件下制备碳酸裡浆液，对所述碳酸裡浆液进行过滤、洗漆、干燥， 制得纳米级高纯碳酸裡。
[0009] 更具体的，所述制备方法的具体步骤如下：
[0010] 1)将纯水加热至60°c~80°C后，与单水氨氧化裡W质量比2 :1混合，并加入少 量水溶性分散剂，充分揽拌lOmin~20min，作为裡源；
[0011] 所述单水氨氧化裡为工业级氨氧化裡重结晶而得，水溶性分散剂为脂肪酸聚己二 醇醋、二了基蒙横酸钢、十二烷基苯横酸钢、亚甲基二蒙横酸钢、月桂酷二己醇胺、阴离子聚 丙締酷胺、阴离子聚丙締酸钢及苯己締-丙締酸共聚物中的任意一种，所述水溶性分散剂 占裡源总质量的0.1%~1.0% ;
[0012] 2)将碳酷胺（尿素）与纯水W质量比1:1混合，并充分揽拌，作为碳酸源，所述 碳酷胺与单水氨氧化裡的摩尔比为1 : 1. 80~1. 95 ;
[0013] 3)将所述裡源、碳酸源依次加入水热合成反应蓋中，充分揽拌后封蓋，将水热合成 反应蓋放入烘箱，W3°C/min的速率升温至100°C~120°C，保温5~1化后取出，用冷却 水急冷后开蓋，过滤反应蓋内碳酸裡浆液得碳酸裡滤饼，并用煮沸的纯水趁热洗漆2~4 次，制得碳酸裡湿料，所述水热合成反应蓋为内衬聚四氣己締的不诱钢制品，装填度控制在 60%~75% ;
[0014] 4)将步骤3)所制碳酸裡湿料在250°C~350°C、压力-0.IMpa~-0. 08Mpa的低压 环境下干燥8~15h，得到粒径在20~90皿的纳米级碳酸裡粉末。
[0015] 与现有技术相比，本发明的优势在于碳化用的二氧化碳由碳酷胺在碱性、加热环 境的反应蓋中逐渐水解而得，使碳化过程均匀充分；通过利用水热合成反应蓋中的亚临界 水热条件，使水作为具有强大解聚能力的气态矿化剂，加快水热物系的化学反应速率，结合 有机水溶性分散剂的静电稳定和空间位阻机制促使溶液中的粒子难W靠犹、团聚，又使得 溶液离子混合均匀，更趋向按化学计量反应，结晶过程中晶粒按其习性生长，又可将杂质排 放至溶液中，从而使最终制得的碳酸裡产物纯度高，颗粒小，粒度均匀且分布范围小，具有 积极的应用前景。
【具体实施方式】
[0016] 下面通过具体实施例对本发明方法加W详细说明，W下实施例不应在任何程度上 被理解为对本发明权利要求书请求保护范围的限制。
[0017] W下各实施例中所用单水氨氧化裡为将工业级氨氧化裡用纯水重结晶而得。
[001引 W下各实施例中所用水热合成反应蓋为内衬聚四氣己締的不诱钢制品。
[0019] 实施例1
[0020] 一种纳米级高纯碳酸裡的制备方法，其步骤如下：
[0021] 1)将75. 6g纯水加热至60°C后，与37.8g单水氨氧化裡混合，并加入1.Ig十二烧 基苯横酸钢并充分揽拌20min，作为裡源；
[0022] 2)将30.Og碳酷胺（尿素）与30.Og纯水混合，作为碳酸源；
[0023] 3)将反应前驱物裡源、碳酸源依次加入250mL不诱钢水热合成反应蓋中，充分揽 拌后封蓋，将水热合成反应蓋放入烘箱，W3°C/min的速率升温至100°C，保温1化取出， 用冷却水急冷后开蓋，过滤反应蓋内碳酸裡浆液得碳酸裡滤饼，并用煮沸的纯水趁热洗漆2 次，制得碳酸裡湿料；
[0024] 4)将步骤3)所得碳酸裡湿料在250°C、压力-0. 08Mpa环境下干燥15h，得到23. 7g 纳米级碳酸裡粉末，收率为71.1%。
[0025] 实施例2
[0026] 一种纳米级高纯碳酸裡的制备方法，其步骤如下：
[0027] 1)将8. 9g阴离子聚丙締酷胺（分子量300万~2200万）缓慢加入盛有89.Og纯 水7)的塑料容器中，并Wl(K)r/min机械揽拌至固体完全溶解，再经60目网过滤制 得分散剂溶液；
[002引 2)将59. 8g纯水加热至70°C后，与29. 9g单水氨氧化裡混合，并加入5. 4g步骤1) 所得分散剂溶液，充分揽拌15min，作为裡源；
[0029] 3)将22. 5g碳酷胺（尿素）与22. 5g纯水混合，作为碳酸源；
[0030] 4)将反应前驱物裡源、碳酸源依次加入250mL不诱钢水热合成反应蓋中，充分揽 拌后封蓋，将水热合成反应蓋放入烘箱，W3°C/min的速率升温至110°C，保温7.化后取 出，用冷却水急冷后开蓋，过滤反应蓋内碳酸裡浆液得碳酸裡滤饼，并用煮沸的纯水趁热洗 漆3次，制得碳酸裡湿料；
[0031] 5)将步骤4)所得碳酸裡湿料在300°C、压力-0. 09Mpa环境下干燥12h，得到18. 5g 纳米级碳酸裡粉末，收率为70. 3%。
[0032] 实施例3
[0033] 一种纳米级高纯碳酸裡的制备方法，其步骤如下：
[0034] 1)将41. 3g纯水加热至80°C后，与20. 5g单水氨氧化裡混合，并滴加0. 06g阴离 子聚丙締酸钢（分子量1000~5000)，充分揽拌lOmin，作为裡源，；
[0035] 2)将15.Og碳酷胺（尿素）与15.Og纯水混合，作为碳酸源；
[0036] 3)将反应前驱物裡源、碳酸源依次加入250mL不诱钢水热合成反应蓋中，充分揽 拌后封蓋，将水热合成反应蓋放入烘箱，W3°C/min的速率升温至120°C，保温化后取出， 用冷却水急冷后开蓋，过滤反应蓋内碳酸裡浆液得碳酸裡滤饼，并用煮沸的纯水趁热洗漆4 次，制得碳酸裡湿料；
[0037] 4)将步骤3)所得碳酸裡湿料在350°C、压力-0.lOMpa环境下干燥她，得到11.6g 纳米级碳酸裡粉末，收率为64. 2%。
[003引表1为实施例1~3所制碳酸裡产品检测结果[0039]
【主权项】
1. 一种纳米级高纯碳酸锂的制备方法，其步骤如下： 1) 将纯水加热至60°C~80°C后，与单水氢氧化锂以质量比2 : 1混合，并加入水溶性 分散剂，搅拌IOmin~20min混合均勾，所得混合物为锂源； 所述水溶性分散剂占锂源总质量的〇. 1%~1. 〇% ; 2) 将碳酰胺与纯水以质量比I: 1混合均匀，作为碳酸源，所述碳酰胺与单水氢氧化锂 的摩尔比为I:1. 80~1. 95; 3 )将所述锂源、碳酸源依次加入水热合成反应釜中，充分搅拌后封釜，将水热合成反应 釜放入烘箱，以3°C/min的速率升温至100°C~120°C，保温5~IOh后取出，用冷却水急冷 后开釜，过滤反应釜内碳酸锂浆液得碳酸锂滤饼，并用煮沸的纯水趁热洗涤2~4次，制得 碳酸锂湿料，所述水热合成反应釜为内衬聚四氟乙烯的不锈钢制品； 4)将步骤3)所制碳酸锂湿料在250°C~350°C、压力-0? IMpa~-0? 08Mpa下干燥8~ 15h，得到纳米级碳酸锂粉末。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述单水氢氧化锂为工业级氢氧化锂重 结晶而得。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述水溶性分散剂为脂肪酸聚乙二 醇酯、二丁基萘磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、月桂酰二乙醇胺、阴离子型 聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠及苯乙烯-丙烯酸共聚物中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述水溶性分散剂为十二烷基苯磺酸钠、 阴离子型聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)中所述水热合成反应釜装填度控 制在60%~75%。
【专利摘要】本发明属于纳米级锂盐的制备技术领域，具体公开了一种纳米级高纯碳酸锂的制备方法。首先将纯水加热至60～80℃，与单水氢氧化锂以质量比2∶1混合，再加入少量水溶性分散剂并充分搅拌作为锂源；将碳酰胺与纯水等质量混合作为碳酸源，碳酰胺与单水氢氧化锂摩尔比为1∶1.80～1.95；将锂源、碳酸源加入水热合成反应釜中，充分搅拌后封釜，放入烘箱，以3℃/min的速率升温至100℃～120℃，保温5～10h后取出，过滤釜内碳酸锂浆液得滤饼，并用煮沸的纯水趁热洗涤2～4次，制得湿料；所得湿料在250℃～350℃、压力-0.1Mpa～-0.08Mpa下干燥8～15h，得到粒径在20～90nm的碳酸锂粉末。
【IPC分类】H01M4-58
【公开号】CN104701545
【申请号】CN201510146380
【发明人】翟建明, 纪东海, 黄磊, 徐涛, 陈格
【申请人】湖北百杰瑞新材料股份有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月31日