一种高纯纳米氧化铝及其制备方法与流程

本发明涉及氧化铝制备，尤其涉及一种高纯纳米氧化铝及其制备方法。

背景技术：

1、电池隔膜是锂电池组成中最重要的材料，它起到隔离电池正极和负极的功能，防止电池短路作用，同时允许锂离子通过电解液传导。在充电过程中，锂离子穿过隔膜从负极向正极移动，反之，在放电过程，锂离子反方向移动。商用电池隔膜材料是由有机聚丙烯或者聚乙烯材料制造，因为他们的耐温性较差，在高温(高于65℃)下，隔膜软化，引发短路，击穿隔膜，甚至自燃。或者在低温(低于-10℃)，隔膜冻结引发锂离子传导障碍，电池充放电失效。在有机隔膜表面涂覆陶瓷粉末是目前最经济的技术，可以提高隔膜的耐高温和耐低温性能。氧化铝拥有天然的绝缘和阻燃能力，是目前的商用隔膜的优选。氧化铝的颗粒大小和杂质含量影响隔膜的功能，比如大粒径的氧化铝涂覆的厚度太厚，增加重量，同时增加电阻率；存在其他金属氧化物杂质，比如铁，镍，铜，钙等，有的是磁性物质，产生电磁效应，影响充放电效率，甚至发热。提供一种高纯的纳米氧化铝材料符合目前固态电池技术发展的需求。

2、早在1975年reynolds metals co申请的美国专利us3925538，公开了利用硝酸和氢氧化铝反应，结晶制备硝酸铝晶体和聚合硝酸铝(或者碱式硝酸铝)的具体方法，该专利中制备碱式硝酸铝晶体的方法可以用如下内容概括：第一，将硝酸铝晶体于高压设备中加热至180℃，将硝酸根脱出；第二，用水对脱出硝酸根的硝酸铝晶体进行稀释混合，然后再次加热至220℃，然后对溶液进行过滤，干燥，制备聚合硝酸铝粉体。

3、在美国专利us4256714中描述了一个制备方法，包括用硝酸铝溶液作为初始原材料，在27～450℃下蒸汽加压反应，制得大晶体的聚合硝酸铝。

4、在美国专利us5202115中所描述的聚合硝酸铝的制备方法，工艺核心在于硝酸铝水溶液和金属铝充分混合之后，升高温度，然后直接生成聚合硝酸铝溶液。

5、美国专利us3898043中公开了一种加热分解高浓度硝酸铝溶液的方法，来制备聚合硝酸铝溶液。其他专利比如us4223000，us2931706和us1575634，也提出利用金属铝来制备聚合硝酸铝溶液的类似方法。美国专利us4985225中通过加热硝酸铝溶液，制备出聚合硝酸铝固体。

6、现有的常用工业生产聚合硝酸铝的工艺通常为以下两个方向，第一，金属铝和硝酸铝进行反应；第二，金属铝和稀硝酸反应。这两种反应都需要运用到金属铝，为了加快反应速率需要将金属铝加工成粉末或者铝屑以及铝粉，同时由于金属铝具有还原性，会导致一些副反应的发生，当金属铝和稀硝酸反应时，会产生氢气，从而容易引起生产设备爆炸，进而对于设备的密封性和强度要求高。而金属铝和硝酸铝发生反应，不仅仅会生成氢气，还会形成氧化氮，从而产生污染气体，还需要进行严格的尾气处理，否则会威胁大气安全。这两类所产生的溶液均为酸性溶液，在运输上极为不易，而使用金属铝作为原料，对于成本控制也极为不易。

7、国内外已经开发了很多技术，用于制造纳米氧化铝粉体。最典型的技术路线就是直接焙烧氢氧化铝粉体，然后进行洗涤、干燥和粉碎等步骤。这种技术存在几个不确定的因素，比如氧化铝内的钠和其他杂质含量较高，焙烧后的粉体很难用洗涤来去除杂质；原料氢氧化铝中的杂质钠以及其他杂质的含量波动较大，质量控制困难；焙烧后的氧化铝硬度大，很难碾磨制得均匀的粒径并控制粒径分布。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高纯纳米氧化铝及其制备方法，用于解决现有技术中纳米氧化铝的制备工艺复杂、安全系数较低、质量控制困难的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种高纯纳米氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1)：将氢氧化铝粉末和浓硝酸混合后反应，得到硝酸铝溶液，之后顺次进行过滤、喷雾干燥，得到硝酸铝粉体；

5、步骤2)：将步骤1)所得硝酸铝粉末进行加热干燥，得到聚合硝酸铝中间体；

6、步骤3)：将步骤2)所得聚合硝酸铝中间体分散于水中，得到浆液，之后对浆液顺次进行过滤、无机酸置换和过滤，得到滤饼；

7、步骤4)：将步骤3)所得滤饼重新分散在水中，得到浆料，对浆料顺次进行研磨和离心分离，得到沉淀物；

8、步骤5)：将步骤4)所得沉淀物经过闪蒸干燥和焙烧之后制得高纯纳米氧化铝。

9、进一步的，步骤1)中，所述反应的时间为0.5～5h，反应的温度为70～110℃；

10、所述硝酸铝溶液中，铝的含量为3～15wt％，硝基的含量为10～30wt％。

11、进一步的，步骤1)中，所述喷雾干燥的喷雾条件为进口温度120～200℃，出口温度40～60℃；

12、所述硝酸铝粉体的粒径为20～150μm。

13、进一步的，步骤2)中，所述加热干燥的温度为110～250℃，加热干燥的时间为0.5～3h；所述聚合硝酸铝中间体的铝含量为10～40wt％，硝基含量为10～30wt％，余量为水。

14、进一步的，步骤3)中，所述浆液的固含量为5～30％。

15、进一步的，步骤3)中，所述无机酸置换中，所用无机酸溶液包括硝酸溶液、硫酸溶液或盐酸溶液，无机酸溶液的质量浓度为0.1～5％；

16、无机酸溶液中无机酸与氢氧化铝的摩尔比为3～5：1。

17、进一步的，步骤4)中，所述浆料的固含量为5～30％，研磨后所得浆料中粉体的粒径为0.1～3μm；

18、所述离心的转速为2000～4000rpm。

19、进一步的，步骤5)中，所述闪蒸干燥的条件为：进口温度150～350℃，出口温度90～150℃。

20、进一步的，步骤5)中，所述焙烧的温度为300～1300℃，焙烧的时间为0.5～5h。

21、本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的高纯纳米氧化铝。

22、本发明的有益效果：

23、本发明的制备方法安全系数高，工艺简单，硝酸铝中间产物易于制备，可溶解于水相中进行提纯，且不含氯离子，对生产设备防腐要求低，进一步焙烧后，硝酸根易于去除，可得到高纯氧化铝产品。

技术特征：

1.一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述反应的时间为0.5～5h，反应的温度为70～110℃；

3.根据权利要求1或2所述的一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述喷雾干燥的喷雾条件为进口温度120～200℃，出口温度40～60℃；

4.根据权利要求3所述的一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述加热干燥的温度为110～250℃，加热干燥的时间为0.5～3h；所述聚合硝酸铝中间体的铝含量为10～40wt％，硝基含量为10～30wt％，余量为水。

5.根据权利要求4所述的一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述浆液的固含量为5～30％。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述无机酸置换中，所用无机酸溶液包括硝酸溶液、硫酸溶液或盐酸溶液，无机酸溶液的质量浓度为0.1～5％；

7.根据权利要求6所述的一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述浆料的固含量为5～30％，研磨后所得浆料中粉体的粒径为0.1～3μm；

8.根据权利要求7所述的一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述闪蒸干燥的条件为：进口温度150～350℃，出口温度90～150℃。

9.根据权利要求7或8所述的一种高纯纳米氧化铝的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述焙烧的温度为300～1300℃，焙烧的时间为0.5～5h。

10.权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到的高纯纳米氧化铝。

技术总结
本发明提供了一种高纯纳米氧化铝及其制备方法，属于氧化铝制备技术领域。本发明通过氢氧化铝和硝酸反应得到硝酸铝溶液，之后顺次进行喷雾干燥、脱硝酸、酸化置换、闪蒸和焙烧，得到杂质含量低、粒径分布均匀的高纯纳米氧化铝。本发明制备工艺简单，安全系数高，很好的实现了对纳米氧化铝的质量控制。

技术研发人员：华峰君,钟焕,管沛林,刘丰,戴连欣
受保护的技术使用者：宁波大浦新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/28