7440-48-4/鈷粉的制備方法與應用

背景及概述^[1][2]

鈷具有優良的物理、化學和力學性能，是制造高強度合金、耐高溫合金、硬質合金、 磁性材料和催化劑的重要材料。鈷粉粒徑減小，可以顯著降低硬質合金粉末混合料的球磨時間、燒結溫度，增強硬質合金的抗彎強度、耐磨性和抗斷裂性等性能，減少鈷池和孔隙的出現。鈷粉在硬質合金中作為粘結成分，因而要求其抗氧化性以及耐腐蝕性能好，否則硬質合金容易出現腐蝕以及裂紋等缺陷。

近年來，鋰離子電池應用的增長趨勢迅猛，其對鈷粉的用量急劇上升。隨著鈷粉的需求量不斷增加，應用領域不斷拓展，對鈷粉的性能如粒度、粒度分布、微觀形貌、韌性、抗氧化性、抗沖擊性以及高溫強度等要求越來越高。目前，發展了多種制備方法來滿足鈷粉性能的要求，例如，制備超細鈷粉，然而超細鈷粉表面活性極高，在空氣中容易迅速被氧化，其氧含量越高，越不利于其性能的發揮，因而對鈷粉的制備工藝以及成品的保存方法要求苛刻。

制備^{[1] [2]}

一、普通鈷粉的制備

發明專利CN201611206598.5提供了一種鈷粉的制備方法。本發明是采用如下技術方案實現的，包括如下步驟，步驟一，將可溶性鈷鹽與碳酸氫銨并流注入到碳酸氫銨底液中，攪拌反應，得到具有碳酸鈷晶種的漿液；步驟二，在碳酸鈷晶種的漿液內，繼續加入鈷鹽和碳酸氫銨，反應，然后控制pH值，得到碳酸鈷晶體，然后將碳酸鈷晶體干燥，得到碳酸鈷粉末；步驟三，將碳酸鈷粉末置于氫氣氣氛中還原，得到鈷粉。

二、超細鈷粉的制備

目前國內普遍采用氫氣還原法生產鈷粉，主要生產平均粒徑在1～2μm之間的細顆粒鈷粉，而粒徑在1.0μm以下的超細鈷粉較少。為了生產超細硬質合金用鈷粉，國內外都在探索新型鈷粉的生產工藝，如熱分解法、水合肼還原法、氫氣液相還原法、羰基法、多元醇法等。雖然通過這些方法可以制備平均粒徑小于1μm的超細鈷粉，但是通過這些方法生產超細鈷粉的工藝和設備都比較復雜，除了需要制備鈷化合物前驅體外，還需要還原劑等原料，無形中增加了生產成本。

發明專利CN201711085779.1提出的一種超細鈷粉的制備方法，包括以下步驟：S1.取干燥粉碎后粒度≤1μm的球形碳酸鈷粉末，在300～600℃、惰性氣體的氣氛 中進行熱分解，時間為4～8h，得到氧化亞鈷粉末；S2.將所述步驟S1中得到的氧化亞鈷粉末在350～500℃、還原氣體的氣氛中進行還原，還原氣體的組分為體積比為3:1:(0.01～0.02)的H₂、N₂和H₂O，還原時間為6～10h，得到鈷粉；S3.將步驟S2中得到的鈷粉過200目篩，得到產品。本發明采用分解和還原兩步法來控制 鈷粉的粒度和形貌，在惰性氣體氣氛中分解超細碳酸鈷，可得到單一的氧化亞鈷粉末，在較低的溫度下便可快速還原成鈷粉，還原后的鈷粉呈比較松散的海綿狀，直接200目過篩即可得到平均粒度小于或等于1.0μm的超細鈷粉，生產操作簡單，可省去機械破碎設備，實收率高，生產成本低，生產效率高，產品質量穩定；在還原過程中鈷顆粒的成核與生長速度保持一致，使得最終鈷粉產品的性能穩定、質量可靠、粒徑均勻、分散性好、結晶高、純度高；本發明采用超細碳酸鈷為原料，操作簡單，有利于提高生產效率，且不需要額外的原料，降低生產成本，符合經濟效益。

應用 ^[2]

CN201611065541.8提供了將一種將鈷粉用于制備石墨烯包覆鈷粉復合材料的制備方法，能夠提高鈷粉的抗氧化性能和導電性，還能緩解充放電過程中的體積膨脹效應。本發明是采用如下方案實現的：一種石墨烯包覆鈷粉復合材料的制備方法，步驟包括：

步驟一，將二溴聯二蒽C28H16Br2溶解于四氫呋喃中，再將鈷粉均勻分散于C28H16Br2 的四氫呋喃的溶液中，形成鈷粉和C28H16Br2的混合溶液；

步驟二，將步驟一得到的混合溶液中的四氫呋喃溶劑揮發，得到鈷粉和C28H16Br2的混合物；

步驟三，將鈷粉和C28H16Br2的混合物置于惰性氣體氣氛中焙燒，然后退火冷卻，獲得石墨烯包覆鈷粉復合材料。

主要參考資料

[1] CN201711085779.1 一種超細鈷粉的制備方法

[2]CN201611065541.8 一種石墨烯包覆鈷粉復合材料的制備方法

[3]CN201611206598.5 一種鈷粉的制備方法