钴粉的制备方法与应用

背景及概述^[1][2]

钴具有优良的物理、化学和力学性能，是制造高强度合金、耐高温合金、硬质合金、 磁性材料和催化剂的重要材料。钴粉粒径减小，可以显著降低硬质合金粉末混合料的球磨时间、烧结温度，增强硬质合金的抗弯强度、耐磨性和抗断裂性等性能，减少钴池和孔隙的出现。钴粉在硬质合金中作为粘结成分，因而要求其抗氧化性以及耐腐蚀性能好，否则硬质合金容易出现腐蚀以及裂纹等缺陷。

近年来，锂离子电池应用的增长趋势迅猛，其对钴粉的用量急剧上升。随着钴粉的需求量不断增加，应用领域不断拓展，对钴粉的性能如粒度、粒度分布、微观形貌、韧性、抗氧化性、抗冲击性以及高温强度等要求越来越高。目前，发展了多种制备方法来满足钴粉性能的要求，例如，制备超细钴粉，然而超细钴粉表面活性极高，在空气中容易迅速被氧化，其氧含量越高，越不利于其性能的发挥，因而对钴粉的制备工艺以及成品的保存方法要求苛刻。

制备^{[1] [2]}

一、普通钴粉的制备

发明专利CN201611206598.5提供了一种钴粉的制备方法。本发明是采用如下技术方案实现的，包括如下步骤，步骤一，将可溶性钴盐与碳酸氢铵并流注入到碳酸氢铵底液中，搅拌反应，得到具有碳酸钴晶种的浆液；步骤二，在碳酸钴晶种的浆液内，继续加入钴盐和碳酸氢铵，反应，然后控制pH值，得到碳酸钴晶体，然后将碳酸钴晶体干燥，得到碳酸钴粉末；步骤三，将碳酸钴粉末置于氢气气氛中还原，得到钴粉。

二、超细钴粉的制备

目前国内普遍采用氢气还原法生产钴粉，主要生产平均粒径在1～2μm之间的细颗粒钴粉，而粒径在1.0μm以下的超细钴粉较少。为了生产超细硬质合金用钴粉，国内外都在探索新型钴粉的生产工艺，如热分解法、水合肼还原法、氢气液相还原法、羰基法、多元醇法等。虽然通过这些方法可以制备平均粒径小于1μm的超细钴粉，但是通过这些方法生产超细钴粉的工艺和设备都比较复杂，除了需要制备钴化合物前驱体外，还需要还原剂等原料，无形中增加了生产成本。

发明专利CN201711085779.1提出的一种超细钴粉的制备方法，包括以下步骤：S1.取干燥粉碎后粒度≤1μm的球形碳酸钴粉末，在300～600℃、惰性气体的气氛 中进行热分解，时间为4～8h，得到氧化亚钴粉末；S2.将所述步骤S1中得到的氧化亚钴粉末在350～500℃、还原气体的气氛中进行还原，还原气体的组分为体积比为3:1:(0.01～0.02)的H₂、N₂和H₂O，还原时间为6～10h，得到钴粉；S3.将步骤S2中得到的钴粉过200目筛，得到产品。本发明采用分解和还原两步法来控制 钴粉的粒度和形貌，在惰性气体气氛中分解超细碳酸钴，可得到单一的氧化亚钴粉末，在较低的温度下便可快速还原成钴粉，还原后的钴粉呈比较松散的海绵状，直接200目过筛即可得到平均粒度小于或等于1.0μm的超细钴粉，生产操作简单，可省去机械破碎设备，实收率高，生产成本低，生产效率高，产品质量稳定；在还原过程中钴颗粒的成核与生长速度保持一致，使得最终钴粉产品的性能稳定、质量可靠、粒径均匀、分散性好、结晶高、纯度高；本发明采用超细碳酸钴为原料，操作简单，有利于提高生产效率，且不需要额外的原料，降低生产成本，符合经济效益。

应用 ^[2]

CN201611065541.8提供了将一种将钴粉用于制备石墨烯包覆钴粉复合材料的制备方法，能够提高钴粉的抗氧化性能和导电性，还能缓解充放电过程中的体积膨胀效应。本发明是采用如下方案实现的：一种石墨烯包覆钴粉复合材料的制备方法，步骤包括：

步骤一，将二溴联二蒽C28H16Br2溶解于四氢呋喃中，再将钴粉均匀分散于C28H16Br2 的四氢呋喃的溶液中，形成钴粉和C28H16Br2的混合溶液；

步骤二，将步骤一得到的混合溶液中的四氢呋喃溶剂挥发，得到钴粉和C28H16Br2的混合物；

步骤三，将钴粉和C28H16Br2的混合物置于惰性气体气氛中焙烧，然后退火冷却，获得石墨烯包覆钴粉复合材料。

主要参考资料

[1] CN201711085779.1 一种超细钴粉的制备方法

[2]CN201611065541.8 一种石墨烯包覆钴粉复合材料的制备方法

[3]CN201611206598.5 一种钴粉的制备方法