一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法
【专利摘要】一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法，属于材料【技术领域】，按以下步骤进行：（1）将单水氢氧化锂置于坩埚中，然后在真空度50~150Pa条件下加热至90~120℃，保温2~3h；（2）将去除自由水的单水氢氧化锂在真空度50~150Pa条件下加热至200~250℃，保温2~3h，然后以5~15℃/min的速度升温至700~1000℃，保温4~10h；（3）在真空度50~150Pa条件下，将坩埚内的物料随炉冷却至70~100℃，然后将坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂或单晶氢氧化锂。本发明的方法相对于传统的方法具有的优点是所用原料易取、好保存，采用的工艺流程简单实用，生产成本比较低，设备投资较少；获得的产品纯度高，并且产率高，质量稳定。
【专利说明】一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料【技术领域】，特别涉及一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，锂及锂的化合物在国民生活中得到越来越广泛的应用，比如锂离子二次电池在笔记本电脑、移动通讯、电动工具等方面具有广泛应用。氧化锂是制备锂电池中电极材料的主要原料之一。另外，氧化锂在玻璃工业、陶瓷工业、冶金工业等领域也有重要的应用。[0003]目前生产氧化锂的方法有:金属锂真空加热到熔融状态，直接通入氧气氧化得到氧化锂，此方法工艺简单，容易操作，但产率较低；高纯碳酸锂在真空状态下加热到700°C保温50 h，此方法反应时间比较长，能耗较高；无水氢氧化锂真空下加热分解法，可得到98%的氧化锂，但无水氢氧化锂易与空气中的二氧化碳反应，不易保存；单水氢氧化锂首先与过氧化氢反应制得过氧化锂，然后在真空条件下加热过氧化锂制得氧化锂，该方法能够制备出较纯的氧化锂，但工艺流程长，生产率较低。
【发明内容】
[0004]针对现有氧化锂及单晶氢氧化锂在制备技术上存在的上述问题，本发明提供一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法，通过将单水氢氧化锂在真空条件下控制加热，制备成纯度高的氧化锂或单晶氢氧化锂。
[0005]本发明的制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法按以下步骤进行:
1、将单水氢氧化锂置于坩埚中，然后在真空度5(Tl50Pa条件下加热至9(T12(TC，保温2~3h，去除自由水；所述的坩埚为刚玉坩埚、氧化镁坩埚或镍坩埚；
2、将去除自由水的单水氢氧化锂在真空度5(Tl50Pa条件下加热至20(T250°C，保温2~3h，去除结晶水，然后以5~15°C /min的速度升温至70(Tl00(TC，保温4~IOh ；
3、在真空度5(Tl50Pa条件下，将坩埚内的物料随炉冷却至7(Tl00°C，然后将坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂或单晶氢氧化锂。
[0006]上述方法中，当采用的坩埚为刚玉坩埚或氧化镁坩埚时，坩埚内获得氧化锂；当采用的坩埚为镍坩埚时，坩埚内获得单晶氢氧化锂。
[0007]上述方法获得的氧化锂的重量纯度≥97.4%。
[0008]上述方法获得的单晶氢氧化锂的重量纯度≥99.7%。
[0009]上述方法中制备氧化锂的收得率≥95.3%。
[0010]上述方法中制备单晶氢氧化锂的重量收得率> 99%。
[0011]上述方法中通过真空泵控制真空度，制备过程中产生的水分被真空泵从坩埚中抽出并在冷凝容器中冷凝。
[0012]上述的刚玉坩埚的材质为重量纯度≥99%的氧化铝。
[0013]上述的氧化镁坩埚的材质为重量纯度> 99%的氧化镁。[0014]上述的镍坩埚的材质为重量纯度> 99%的镍。
[0015]本发明的方法相对于传统的方法具有的优点是所用原料易取、好保存，采用的工艺流程简单实用，生产成本比较低，设备投资较少；获得的产品纯度高，并且产率高，质量稳定。本发明的方法具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例中制备的氧化锂的XRD分析图；图中从上到下依次为实施例
1、2、3、4、5和6的氧化锂XRD图；
图2为本发明实施例中制备的单晶氢氧化锂的XRD分析图；图中从上到下依次为实施例7、8、9、10、11和12的单晶氢氧化锂XRD图；
图3为本发明实施例中的制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置；
图中，1、控温仪，2、热电偶，3、坩埚，4、电阻炉，5、隔膜阀，6、真空波纹管，7、真空管道，8、电阻规，9、电阻真空计，10、冷凝容器，11、冷阱，12、真空泵，13、铁坩埚。
【具体实施方式】
[0017]本发明实施例中采用的单水氢氧化锂为市购分析纯试剂。
[0018]本发明实施例中采用的刚玉坩埚、氧化镁坩埚和镍坩埚为市购产品。
[0019]本发明实施例中采用的手套箱的型号为PRS219/01523-4，手套箱内的水含量(Ippm,氧含量< lppm。`
[0020]本发明实施例中采用的真空波纹管为市购产品。
[0021]本发明实施例中采用的电阻规为ZJ-52T/KF10/16。
[0022]本发明实施例中采用的电阻真空计为ZDR-1。
[0023]本就发明实施例中采用的控温仪为CKW-3100控温仪。
[0024]本发明实施例中采用的冷阱型号为TH-95-15-K。
[0025]本发明实施例中采用的隔膜阀为GM-10型号的高真空隔膜阀。
[0026]本发明实施例中采用的真空泵为DM4真空泵。
[0027]本发明实施例中采用的X射线衍射仪型号为MPDDY2094。
[0028]实施例1
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置如图3所示，放置反应物料的坩埚3位于铁坩埚13内，铁坩埚13内部通过一个真空波纹管6与真空管道7连通，真空管道7与冷阱11连通，冷阱11与真空泵12连通；
真空管道7上设有电阻规8和电阻真空计9 ；
铁坩埚10内部与真空管道7之间的真空波纹管6上设有隔膜阀5 ；
铁坩埚10位于电阻炉内4，电阻炉4上还设有热电偶2和控温仪I ;热电偶2所测的温度为铁坩埚13外壁处的温度；
采用上述装置，将单水氢氧化锂置于刚玉坩埚中，盖上刚玉坩埚盖；将刚玉坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的刚玉坩埚的材质为重量纯度> 99%的氧化铝；
在真空度5(Tl50Pa条件下，通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至90°C，保温3h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将刚玉坩埚内的物料加热至200°C，保温3h，去除结晶水；在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使刚玉坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至700。。，保温 IOh ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将刚玉坩埚内的物料随炉冷却至70°C，然后将刚玉坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂；重量纯度97.48%，收得率95.37% ；
在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0029]实施例2
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于刚玉坩埚中，盖上刚玉坩埚盖；将刚玉坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的刚玉坩埚的材质为重量纯度> 99%的氧化铝；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至120°C，保温2h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将刚玉坩埚内的物料加热至250°C，保温2h，去除结晶水；在真空度5(Tl50Pa条件下 ，加热使刚玉坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至1000°C，保温 4h ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将刚玉坩埚内的物料随炉冷却至80°C，然后将刚玉坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂；重量纯度98.13%，收得率96.35% ；
在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0030]实施例3
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于刚玉坩埚中，盖上刚玉坩埚盖；将刚玉坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的刚玉坩埚的材质为重量纯度> 99%的氧化铝；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至100°C，保温2.5h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将刚玉坩埚内的物料加热至220°C，保温2.5h，去除结晶
水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使刚玉坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至900°C，保温 6h ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将刚玉坩埚内的物料随炉冷却至100°C，然后将刚玉坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂；重量纯度98.42%，收得率95.55% ；
在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0031]实施例4
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于氧化镁坩埚中，盖上氧化镁坩埚盖；将氧化镁坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的氧化镁坩埚的材质为重量纯度> 99%的氧化镁；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至90°C，保温3h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将氧化镁坩埚内的物料加热至200°C，保温3h，去除结晶水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使氧化镁坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至700。。，保温 IOh ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将氧化镁坩埚内的物料随炉冷却至80°C，然后将氧化镁坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂；重量纯度98.37%，收得率95.79% ；在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0032]实施例5
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于氧化镁坩埚中，盖上氧化镁坩埚盖；将氧化镁坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的 氧化镁坩埚的材质为重量纯度> 99%的氧化镁；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至120°C，保温2h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将氧化镁坩埚内的物料加热至250°C，保温2h，去除结晶
水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使氧化镁坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至1000°C，保温 4h ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将氧化镁坩埚内的物料随炉冷却至100°C，然后将氧化镁坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂；重量纯度98.20%，收得率96.26% ；在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0033]实施例6
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于氧化镁坩埚中，盖上氧化镁坩埚盖；将氧化镁坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的氧化镁坩埚的材质为重量纯度> 99%的氧化镁；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至100°C，保温2.5h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将氧化镁坩埚内的物料加热至220°C，保温2.5h，去除结晶
水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使氧化镁坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至900°C，保温 6h ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将氧化镁坩埚内的物料随炉冷却至70°C，然后将氧化镁坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂；重量纯度98.16%，收得率96.14% ；在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0034]实施例7
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于镍坩埚中，盖上镍坩埚盖；将镍坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的镍坩埚的材质为重量纯度> 99%的镍；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至90°C，保温3h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料加热至200°C，保温3h，去除结晶水；在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使镍坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至700。。，保温 IOh ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料随炉冷却至100°C，然后将镍坩埚置于手套箱内降至常温，获得单晶氢氧化锂；重量纯度99.8%，收得率99.3% ；
在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0035]实施例8
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于镍坩埚中，盖上镍坩埚盖；将镍坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的镍坩埚的材质为重量纯度> 99%的镍；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至120°C，保温2h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料加热至250°C，保温2h，去除结晶水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使镍坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至1000°C，保温 4h ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa a条件下，将镍坩埚内的物料随炉冷却至70°C，然后将镍坩埚置于手套箱内降至常温，获得单晶氢氧化锂；重量纯度99.7%，收得率99.2% ；在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
`[0036]实施例9
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于镍坩埚中，盖上镍坩埚盖；将镍坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的镍坩埚的材质为重量纯度> 99%的镍；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至100°C，保温2.5h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料加热至220°C，保温2.5h，去除结晶水；在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使镍坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至800°C，保温 8h ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料随炉冷却至90°C，然后将镍坩埚置于手套箱内降至常温，获得单晶氢氧化锂；重量纯度99.9%，收得率99.3% ；
在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0037]实施例10
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于镍坩埚中，盖上镍坩埚盖；将镍坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的镍坩埚的材质为重量纯度> 99%的镍；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至90°C，保温3h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料加热至200°C，保温3h，去除结晶水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使镍坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至900°C，保温 6h ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料随炉冷却至80°C，然后将镍坩埚置于手套箱内降至常温，获得单晶氢氧化锂；重量纯度99.9%，收得率99.7% ；
在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0038]实施例11
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于镍坩埚中，盖上镍坩埚盖；将镍坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的镍坩埚的材质为重量纯度> 99%的镍；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至120°C，保温2h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料加热至250°C，保温2h，去除结晶水；
在真空度5(T l50Pa条件下，加热使镍坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至700。。，保温 IOh ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料随炉冷却至100°C，然后将镍坩埚置于手套箱内降至常温，获得单晶氢氧化锂；重量纯度99.7%，收得率99.2% ；
在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
[0039]实施例12
制备氧化锂或单晶氢氧化锂的装置同实施例1 ;
将单水氢氧化锂置于镍坩埚中，盖上镍坩埚盖；将镍坩埚置于铁坩埚内，将铁坩埚顶盖盖好，并用螺栓密封；通过真空泵抽真空至5(Tl50Pa ；
采用的镍坩埚的材质为重量纯度> 99%的镍；
通过电阻炉将单水氢氧化锂加热至100°C，保温2.5h，去除自由水；
在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料加热至220°C，保温2.5h，去除结晶水；在真空度5(Tl50Pa条件下，加热使镍坩埚内的物料以5~15°C /min的速度升温至1000°C，保温 4h ；
保温结束后，在真空度5(Tl50Pa条件下，将镍坩埚内的物料随炉冷却至70°C，然后将镍坩埚置于手套箱内降至常温，获得单晶氢氧化锂；重量纯度99.8%，收得率99.4% ；
在加热和保温过程中，水分以气体形式被真空泵抽到冷凝器中并冷凝。
【权利要求】
1.一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法，其特征在于按以下步骤进行: (1)将单水氢氧化锂置于坩埚中，然后在真空度5(Tl50Pa条件下加热至9(T120V，保温2~3h，去除自由水；所述的坩埚为刚玉坩埚、氧化镁坩埚或镍坩埚； (2)将去除自由水的单水氢氧化锂在真空度5(Tl50Pa条件下加热至20(T250°C，保温2~3h，去除结晶水，然后以5~15°C /min的速度升温至70(Tl00(TC，保温4~IOh ； (3)在真空度5(Tl50Pa条件下，将坩埚内的物料随炉冷却至7(Tl00°C，然后将坩埚置于手套箱内降至常温，获得氧化锂或单晶氢氧化锂。
2.根据权利要求1所述的一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法，其特征在于当采用的坩埚为刚玉坩埚或氧化镁坩埚时，坩埚内获得氧化锂；当采用的坩埚为镍坩埚时，坩埚内获得单晶氢氧化锂。
3.根据权利要求1所述的一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法，其特征在于获得的氧化锂的重量纯度≥97.4%。
4.根据权利要求1所述的一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法，其特征在于获得的单晶氢氧化锂的重量纯度≥99.7%。
5.根据权利要求1所述的一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法，其特征在于制备氧化锂的收得率≥95.3%。
6.根据权利要求1所述的一种制备氧化锂或单晶氢氧化锂的方法，其特征在于制备单晶氢氧化锂的重量收得率> 99%。
【文档编号】C30B29/10GK103603028SQ201310588686
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】高炳亮, 王兆文, 张世镖, 石忠宁, 胡宪伟, 于江玉 申请人:东北大学