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1、http://www.paper.edu.cn四氧化三钴粉末的制备与应用胡雷，刘志宏中南大学冶金科学与工程学院，长沙（410083）E-mail：Lizarazu82@sina.com摘要：四氧化三钴是一种重要的功能材料，本文介绍了Co3O4粉末的一些新的制备方法，包括室温固相反应法、机械球磨法、水热-固相反应法、加压氧化法以及（ISC-Co）热分解法，并对四氧化三钴粉末的应用进行了综述。关键词：超细Co3O4粉体，制备方法，应用1.引言[1-3]纳米材料由于具有与普通材料不同的若干特性，如小尺寸效应、表面效应、吸波效应等而引
2、起科技界的广泛重视。因此合成新的超细材料和研究新的合成方法是目前研究的热点。Co3O4是一种优良的功能材料，它被广泛的应用于锂离子电池、硬质合金、催化剂、颜料、有色玻璃、陶瓷等方面。锂离子二次电池由于具有单位电池电压高、比能量高、自放电低、安全、无污染和性能稳定等一系列优点而逐渐代替Ni-MH电池成为移动电子设备的首选，动力锂离子的研究开发也正在进行中。目前国际上制备锂离子电池采用的正极材料主要为LiCoO2。世界上生产LiCoO2粉末普遍采用的钴原料主要有Co3O4、CoCO3、CoC2O4、Co（OH）2等，其中Co3O4
3、作为钴原料由于生产工序简单、产品性能稳定、过程容易控制而为LiCoO2生产厂家普遍采用。Co3O4粉末在这些方面的应用效果，除了材料本身化学性质的作用外，还与自身粒度的不同所产生的特殊作用有关。因此合成品质优良的超细Co3O4粉体，有着重要的应用价值。2.Co3O4粉末的制备方法2.1气相法在有过热水蒸汽的存在下，在氧气氛中，加热金属钴，使其氧化成Co3O4。该法生产的Co3O4活性低、颗粒大，其物理和化学性能难以达到LiCoO2生产用原料的要求，故目前一般不使用此方法来制备电子级Co3O4。其反应式为：3Co+2O2→Co3
4、O42-12.2均匀沉淀法[4]张明月等人以硝酸钴为原料，尿素为沉淀剂，聚乙二醇为分散剂，采用均匀沉淀法制备出了平均粒径为14nm、长度为0.28um的球链状Co3O4。这种方法的原理是：尿素在加热条2+件下产生NH4OH和CO2,并与Co反应生成Co2(OH)2CO3沉淀,经洗涤、干燥后在马弗炉中煅烧制得Co3O4粉末。主要化学反应式为:尿素分解:CO(NH2)2+3H2O→CO2↑+2NH4OH↑2-2沉淀反应:2+4+2Co+4NH4OH+CO2→Co2(OH)2CO3↓+4NH+H2O2-3煅烧反应:3Co2(OH)2
5、CO3+O2→2Co3O4+3H2O↑+3CO2↑2-4-1-http://www.paper.edu.cn制备过程中，称取一定量的Co(NO3)2·6H2O,按一定的摩尔比取定量尿素,加入蒸馏水溶解并混合均匀配成溶液,用HNO3或NH3调节至pH=5,控制在一定温度下回流反应一段时间得到沉淀。将沉淀过滤、洗涤,在105℃下干燥,然后将干燥后的沉淀放入马弗炉中在一定温度下煅烧,得到黑色纳米Co3O4微粉。采用均匀沉淀法可制备出没有团聚、粒度均匀的,球链状Co3O4微粉，原料成本低、操作简便、粒度可控、易于工业化生产。2.3室温
6、固相反应法室温固相反应是一个近年来比较热门的研究领域，其中研究较多的是固相配位反应，并[5]已表现在金属配合物、原子簇合物、非线形光学材料的合成、以及相关反应机理研究方面。由于室温固相反应是无溶剂反应，在液相反应比较其反应机理不同，这可能导致同样的反应物在固、液相反应中获得不同产物，而且可以简化反应程序、减少副反应和干扰因素，提高反应的产率和纯度。[6]中南大学胡启阳等人以CoCl2·6H2O和（NH4）2C2O4·6H2O为原料，采用室温固相反应首先制备出前驱体，然后在350℃热分解并升华NH4Cl2h,制备出了分布均匀、无
7、团聚的四氧化三钴粉体。2.4机械球磨法[7]蔡振平采用机械球磨法，将Co3O4置于充满氩气的不锈钢密闭球磨罐中,球料质比为20∶1,采用不同的球磨时间球磨混料来细化颗粒从而得到电极粉料作为电极试样。在该论文中，Co3O4的原始平均粒径为16.3µm,经最初的36h磨混后,Co3O4粒度下降幅度比较大。然后随着球磨时间延长,粒度减小的速率减慢,球磨混料至120h,粉末粒度为2.08µm，具有较高的嵌锂容量,首次可逆容量可达到632mAh/g。此结果表明,随着球磨混料时间的延长,颗粒之间的相互碰撞作用加强,使Co3O4粉末不断破碎
8、得到细化了的Co3O4。细化的颗粒可产生大量的新鲜表面,这有利于增大相互之间的接触面积并使粉末的粒径和成分都趋于均匀,这对提高材料的性能是有益的。2.5水热-固相热解法[8]山东大学张卫民等人将水热合成和固相热解法相互结合，以氨水为沉淀剂，与硝酸钴溶液反应制备前驱体，将混合物
