專利名稱：一種結晶法制備碳酸鋰納米顆粒的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化學化工技術領域，特別涉及一種結晶法制備碳酸鋰納米顆粒的方法。
背景技術：
碳酸鋰是鋰資源在自然界中存在最廣泛的形態(tài)之一，也是鹵水提鋰過程的主要中間產(chǎn)品。碳酸鋰粉體是制造鋰離子電池的基礎原料。將碳酸鋰作為電解液的添加劑加入到電池中，可以提高電池的成膜性能，從而改善電池的循環(huán)性能和低溫放電性能。以碳酸鋰粉體為原料之一，采用固相合成法可以得到鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰。作為粉體材料， 碳酸鋰的應用性能與粒度關系很大。例如，只有納米級的碳酸鋰顆粒才能夠穩(wěn)定地分散在電解液中，從而提高電池性能的穩(wěn)定性和一致性。已有關于納米級碳酸鋰顆粒的制備方法的報道，均使用鼓泡塔、攪拌釜等傳統(tǒng)反應器，采用二氧化碳或碳酸鹽和氫氧化鋰在水溶液中進行沉淀反應，通過添加表面活性劑、分散劑、鰲合劑等助劑抑制顆粒的團聚和生長。這類方法的問題在于氫氧化鋰本身需要以碳酸鋰為原料電解制造，成本比較高，純度又較碳酸鋰低；助劑加入導致體系復雜，不僅增加成本，而且影響純度。因此，發(fā)展直接由碳酸鋰出發(fā)通過溶解、結晶的物理變化制備納米碳酸鋰的方法在技術上和經(jīng)濟性上都是值得關注的。采用結晶法制備納米材料的關鍵在于通過溶劑環(huán)境的快速改變提供均勻而且較高的過飽和度，這對溶劑和非溶劑的混合提出了很高要求。微結構反應器是近年來發(fā)展起來的一種高效混合設備，被廣泛應用于萃取、吸收、沉淀法制備納米顆粒、非均相有機合成等一系列化工反應和傳質分離過程中。本發(fā)明將微反應器技術作為強化混合的有效手段引入碳酸鋰溶致結晶過程，發(fā)展新型、高效的納米級碳酸鋰顆粒制備方法，具重要的應用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種新的碳酸鋰納米顆粒的制備方法。其原理在于所選體系發(fā)生的是液液混合，導致溶劑環(huán)境改變和過飽和度變化，進而析出碳酸鋰晶體。在這個過程中，獲得納米顆粒的關鍵在于實現(xiàn)快速混合以便瞬時得到高的過飽和度，使碳酸鋰盡可能多的在成核階段析出。這是一個典型的混合控制過程，強化混合非常重要。微結構反應器具有快速混合的能力，這主要是由于其混合尺度一般在微米級，可以極大地強化微觀混合。 另外，微結構反應器內(nèi)的流動接近平推流，為工作體系停留時間的可控性和混合效果的均勻性提供了保證。本發(fā)明提出的結晶法制備碳酸鋰納米顆粒的方法，該方法步驟如下將碳酸鋰溶解于水或乙醇水溶液中得到原料A，乙醇或乙醇水溶液作為原料B，將原料A和原料B通入微結構反應器，在20°C至60°C下使原料A和原料B在微結構反應器內(nèi)快速混合并析出碳酸鋰，反應器出口物料經(jīng)固液分離、干燥及研磨，得到納米碳酸鋰顆粒。
所述配制原料A的乙醇水溶液中乙醇的質量分數(shù)為大于0小于等于0. 1。所述原料B中乙醇的質量分數(shù)為0. 7-1. 0。所述原料A和原料B的體積流量之比為1 (1-9)。所述微結構反應器為微孔膜分散反應器或微篩孔分散反應器，微孔膜的微孔和微篩孔的尺寸在0. 2微米至1000微米。所述微結構反應器的操作方式為原料B —次通過微結構反應器。所述微結構反應器的操作方式為原料A —次通過微結構反應器。所述原料A中碳酸鋰的含量(質量分數(shù))為0. 5%至飽和濃度。本發(fā)明的有益效果為利用此方法制備的碳酸鋰納米顆粒，采用廉價易得的碳酸鋰原料，操作條件溫和，不需要引入助劑，所需反應器體積小，所得產(chǎn)品的重復性和穩(wěn)定性好，顆粒尺寸在IOOnm以下而且分布窄。
具體實施例方式下面的實施例可以使本專業(yè)技術人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實施例1:使用孔徑為5微米的微孔膜作為分散介質的微結構反應器。配制乙醇質量分數(shù) 0. 1的乙醇水溶液1L，向其中加入5g碳酸鋰并充分溶解得到原料A并放入儲存容器。原料B為無水乙醇。將原料A從儲存容器中以25mL/min的流量加入微結構反應器，原料B以 25mL/min的流量加入微結構反應器，原料A和原料B在微結構反應器內(nèi)混合，反應器出口物料經(jīng)固液分離，對所得固相再用純水洗滌，經(jīng)干燥，研磨，得到最終的碳酸鋰顆粒，平均粒徑為80nm。上述所有操作在40°C下完成。實施例2:使用孔徑為1000微米的微篩孔板作為分散介質的微結構反應器。配制乙醇質量分數(shù)0. 04的乙醇水溶液100L，向其中加入過量的碳酸鋰使之充分溶解，然后固液分離得到碳酸鋰飽和溶液作為原料A。原料B為乙醇質量分數(shù)0. 7的乙醇水溶液。將原料A從儲存容器中以500mL/min的流量加入微結構反應器，原料B以4500L/min的流量加入微結構反應器，原料A和原料B在微結構反應器內(nèi)混合，反應器出口物料經(jīng)固液分離，對所得固相再用純水洗滌，經(jīng)干燥，研磨，得到最終的碳酸鋰顆粒，平均粒徑為60nm。上述所有操作在20°C 下完成。實施例3:使用孔徑為200微米的微篩孔板作為分散介質的微結構反應器。將IOOOg碳酸鋰充分溶解到100L水中得到原料A。原料B為乙醇質量分數(shù)0.9的乙醇水溶液。在充分攪拌的條件下將原料A從儲存容器中以500mL/min的流量加入微結構反應器，原料B以1500mL/ min的流量加入微結構反應器，原料A和原料B在微結構反應器內(nèi)混合，反應器出口物料經(jīng)固液分離，對所得固相再用純水洗滌，經(jīng)干燥，研磨，得到最終的碳酸鋰顆粒，平均粒徑為 40nm。上述所有操作在60°C下完成。實施例4 使用孔徑為20微米的微孔膜作為分散介質的微結構反應器。配制乙醇質量分數(shù)0. 02的乙醇水溶液100L，向其中加入過量的碳酸鋰使之充分溶解，然后固液分離得到碳酸鋰飽和溶液作為原料A。原料B為乙醇質量分數(shù)0.8的乙醇水溶液。將原料A從儲存容器中以500mL/min的流量加入微結構反應器，原料B以2500L/min的流量加入微結構反應器， 原料A和原料B在微結構反應器內(nèi)混合，反應器出口物料經(jīng)固液分離，對所得固相再用純水洗滌，經(jīng)干燥，研磨，得到最終的碳酸鋰顆粒，平均粒徑為60nm。上述所有操作在30°C下完成。實施例5 使用孔徑為0. 2微米的微孔膜作為分散介質的微結構反應器。配制乙醇質量分數(shù) 0. 08的乙醇水溶液100L，向其中加入800g碳酸鋰使之充分溶解得到原料A。原料B為無水乙醇。將原料A從儲存容器中以500mL/min的流量加入微結構反應器，原料B以2000mL/min 的流量加入微結構反應器，原料A和原料B在微結構反應器內(nèi)混合，反應器出口物料經(jīng)固液分離，對所得固相再用純水洗滌，經(jīng)干燥，研磨，得到最終的碳酸鋰顆粒，平均粒徑為45nm。 上述所有操作在25°C下完成。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種結晶法制備碳酸鋰納米顆粒的方法，其特征在于該方法步驟如下將碳酸鋰溶解于水或乙醇水溶液中得到原料A，乙醇或乙醇水溶液作為原料B，將原料A和原料B通入微結構反應器，在20°C至60°C下使原料A和原料B在微結構反應器內(nèi)快速混合并析出碳酸鋰，反應器出口物料經(jīng)固液分離、干燥及研磨，得到納米碳酸鋰顆粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述配制原料A的乙醇水溶液中乙醇的質量分數(shù)為大于0小于等于0. 1。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述原料B中乙醇的質量分數(shù)為 0. 7-1. 0。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述原料A和原料B的體積流量之比為 1 (1-9)。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述微結構反應器為微孔膜分散反應器或微篩孔分散反應器，微孔膜的微孔和微篩孔的尺寸在0. 2微米至1000微米。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述微結構反應器的操作方式為原料B 一次通過微結構反應器。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述微結構反應器的操作方式為原料A 一次通過微結構反應器。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述原料A中碳酸鋰的質量分數(shù)為0.5% 至飽和濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于化學化工技術領域的一種結晶法制備碳酸鋰納米顆粒的方法。將碳酸鋰溶解于水或乙醇水溶液中得到原料A，乙醇或乙醇水溶液作為原料B，將原料A和原料B通入微結構反應器，在20℃至60℃下使原料A和原料B在微結構反應器內(nèi)快速混合并析出碳酸鋰，反應器出口物料經(jīng)固液分離、干燥及研磨，得到納米碳酸鋰顆粒。利用此方法制備的碳酸鋰納米顆粒，采用廉價易得的碳酸鋰原料，操作條件溫和，不需要引入助劑，所需反應器體積小，所得產(chǎn)品的重復性和穩(wěn)定性好，顆粒尺寸在100nm以下而且分布窄。
文檔編號B82Y40/00GK102267708SQ201110185358
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權日2011年7月1日
發(fā)明者劉洋, 呂陽成, 駱廣生 申請人:清華大學