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控制结晶法制备Co(OH)2
2024年5月23日发(作者：次云岚)
控制结晶法制备Co(OH)2
吴弘;王治安;林卫;万华
【摘 要】以硫酸钴、氨水及氢氧化钠为原料,采用络合控制结晶法制备了Co(OH)2,
其结构经XRD和SEM表征.研究了反应条件对产物的影响.结果表明:氨钴质量比为
0.3,pH 9～11.5时,β-Co(OH)2的形貌较规则.
【期刊名称】《合成化学》
【年(卷),期】2018(026)008
【总页数】5页(P619-623)
【关键词】硫酸钴;氨水;络合控制结晶法;氢氧化钴;制备
【作 者】吴弘;王治安;林卫;万华
【作者单位】中国轻工业长沙工程公司,湖南长沙 410114;中国轻工业长沙工程公
司,湖南长沙 410114;中国轻工业长沙工程公司,湖南长沙 410114;中国轻工业长沙
工程公司,湖南长沙 410114
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ13;O614.81
Co(OH)2是锂电池关键材料(四氧化三钴)的核心原料，可以改善蓄电池的充放电
性能和循环寿命，在MH-Ni电池中，添加1%～5%Co即可增强电极导电性，提
高O2的析出电位。从而提高充放电效率。Co(OH)2通过与有机物反应转化为有
机钴，可作为金属丝、金属板与橡胶的黏合剂。Co(OH)2主要有两种结构：α-
Co(OH)2和β-Co(OH)2[1-2]。
Co(OH)2在制备过程中容易氧化和形成胶体，造成分离困难。制备Co(OH)2的
常用方法有：惰性气体保护法，电解合成法和沉淀转化法等。这类方法往往涉及惰
性气体保护，成本较高，不利于工业化生产。
本文以硫酸钴、氨水及氢氧化钠为原料，采用络合控制结晶法制备了Co(OH)2，
其结构经XRD和SEM表征。并研究了反应条件对产物的影响。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
Mini-flex 600型X-射线衍射仪(管电压30 kV，管电流20 mA，扫描速度
0.05°·s-1)； KYKY-EM3200型扫描电子显微镜。
所用试剂均为分析纯或化学纯。
1.2 制备[3-4]
在反应釜中加入60 g·L-1硫酸钴溶液(金属量)6 L，升温至60 ℃，搅拌下用氨水
调至pH 6；反应30 min；连续加入5 mol·L-1氢氧化钠溶液，维持pH 9.5～
10.5，陈化8 h。过滤，滤饼洗涤，干燥得不同颜色的固体Co(OH)2。
2 结果与讨论
2.1氨钴质量比(M)
图1为采用过程控制结晶法制备的粉红色β-Co(OH)2。由图1可知，合成产物的
衍射峰和标准β- Co(OH)2一致，表明产物为β-Co(OH)2。
2θ/(°)图1 粉红色Co(OH)2的XRDFigure 1 XRD pattern of pink Co(OH)2
2θ/(°)图2 不同M合成的Co(OH)2的XRD谱图Figure 2 XRD pattern of
Co(OH)2 with different M
图2为M对Co(OH)2的影响。由图2可见，当M为0.1和0.3时，产物的衍射
峰与β-Co(OH)2一致，说明产物为纯β-Co(OH)2。当M提高到0.6时，产物吸
收峰中有弱Co3O4杂质峰出现。M为0.3时，衍射峰强度最强，说明Co(OH)2
的结晶度较好。
2.2 温度
表1为温度对Co(OH)2的影响。由表1可见，温度为50 ℃时，产物为蓝色α-
Co(OH)2，温度升高到60 ℃，产物为β-Co(OH)2。当温度高于70 ℃，虽然有
利于α-Co(OH)2向β-Co(OH)2转化，但也增加了发生氧化反应的可能性，导致
产物颜色加深。
表1 温度对Co(OH)2的影响Table 1 Effect of temperature on Co(OH)2温度
/℃50607090成分*/%-62.39, 0.357-62.35, 0.148外观灰绿色淡粉红色暗粉红色
棕色
*分别为Co2+和含量。
图 3 60 ℃和90 ℃制得Co(OH)2的SEM照片Figure 3 SEM images of
Co(OH)2 prepared at60 ℃ and 90 ℃
图3为60 ℃和90 ℃条件下合成的Co(OH)2的SEM照片。由图3可见，90 ℃
制备的Co(OH)2粒径较大。说明温度升高可加快晶体的生长速度，从而增大粒径。
因此，为了增大的Co(OH)2的粒径，同时防止其氧化，反应温度应控制在60 ℃
左右。
2.3 加料速度和方式
表2和图4分别为加料速度对Co(OH)2的影响及不同加料速度下Co(OH)2的
SEM照片。
图4 不同加料速度和方式下样品的SEM照片Figure 4 SEM photos of samples
at different feedingspeeds and modes
表2 加料速度对Co(OH)2的影响Table 2 Effect of feeding speeds on
Co(OH)2加料速度a50/5020/2012/128/20成分b/%62.29, 0.11-62.23,
0.2262.39, 0.24外观蓝色-粉红色淡粉红色暗粉红色棕色
a分别为氨水和硫酸钴溶液加料速度,mL·L-1；b分别为Co2+和含量。
由表2可见，随着加料速度的减慢，Co(OH)2晶核形成速率减小，Co(OH)2晶核
长大速率相对增大。加料速度过慢，产物颜色变成棕色。这是由于三价钴氨络合物
稳定性强于二价络合物，若溶液中没有及时补充碱液，二价钴氨络合物会缓慢氧化
为三价络合物。
2.4 搅拌和洗涤方式
表3为搅拌和洗涤方式对样品的影响。由表3可以看出，随着水洗温度的提高，
含量明显降低，Co含量也有所下降。其原因在于：水洗温度升高，α-Co(OH)2
向β-Co(OH)2转化更完全，但β- Co(OH)2在热水中的浸泡时间过长，容易氧化，
导致Co含量下降。
表3 搅拌和洗涤方式对Co(OH)2的影响Table 3 Effect of agitator and
washing methods on Co(OH)2条件加挡板无挡板凉水洗涤热水洗涤成分
/%61.9a62.7a62.65, 0.20b62.49, 0.13b外观土黄色或黑色淡粉红色暗粉红色棕
色
aCo2+含量;含量。
图5为不同搅拌和洗涤条件下制得样品的SEM照片。由图5可见，增加挡板后所
得产物颗粒较细。其可能原因是:随着碰撞频率与强度的加大，新生成的Co(OH)2
在激烈碰撞下反应活性高。此外，由于Co(OH)2在该条件下容易氧化形成
Co(OH)3，更容易达到过饱和状态，使晶体难于长大，导致产物颗粒较细。
2.5 pH
当pH为8～9时，α-Co(OH)2转化不完全，产物为黄蓝色。随着pH的升高，
Co含量增加，产物颜色发生明显变化。当pH 9～10时，产物为粉红色β-
Co(OH)2，继续升高pH至10～11，产物变为暗红色。图6为pH=11.2和
pH=10.2条件下合成样品的SEM图。由图6可知，pH升高，产物粒径变小，形
貌越不规则。
图5 不同搅拌和洗涤条件下样品的SEM照片Figure 5 SEM photos of samples
图6 不同pH条件下样品的SEM照片Figure 6 SEM photos of samples in
different pH
2.6 保护剂
为提高产物纯度，可以适当添加还原性物质作保护剂。滴加完碱液后，分别向反应
液中加入焦亚硫酸钠、亚硫酸钠和抗坏血酸。结果表明：抗坏血酸作保护剂，保护
效果优于焦亚硫酸钠和亚硫酸钠。产品外观为粉红色，Co含量大于62%, D50大
于1 μm。
以硫酸钴、氨水及氢氧化钠为原料，采用络合控制结晶法制备了Co(OH)2,并研究
了反应条件对产物的影响。结果表明：氨钴质量比为0.3， pH 9～11.5， β-
Co(OH)2的形貌较规则。
参考文献
【相关文献】
[1] 原长洲，张校刚，高博. 多空Co(OH)2的制备及其超电容特性[J].应用化学，2006，23(4)：
456-458.
[2] 谢朋，赵彦军. 添加剂Co(OH)2的制备研究[J].电源技术，1998,22(4)：148-151.
[3] 应皆荣，高剑，姜长印,等. 控制结晶法制备球形锂离子电池正极材料的研究进展[J].无机材料学
报,2006，21(2)：291-297.
[4] 蒋学先，贾喜君，何贵香. 湿化学方法合成钴酸锂的研究进展[J].金川科技，2008,(1)：16-19.
[5] 彭正军，李法强，诸葛芹,等. 共沉淀法制备正极材料LiCoO2及其电化学性能研究[J].盐湖研
究,2008，16(3)：25-29.
[6] 郭炳坤，徐徽，王先友,等. 锂离子电池[M].长沙：中南大学出版社，2002.
2024年5月23日发(作者：次云岚)
控制结晶法制备Co(OH)2
吴弘;王治安;林卫;万华
【摘 要】以硫酸钴、氨水及氢氧化钠为原料,采用络合控制结晶法制备了Co(OH)2,
其结构经XRD和SEM表征.研究了反应条件对产物的影响.结果表明:氨钴质量比为
0.3,pH 9～11.5时,β-Co(OH)2的形貌较规则.
【期刊名称】《合成化学》
【年(卷),期】2018(026)008
【总页数】5页(P619-623)
【关键词】硫酸钴;氨水;络合控制结晶法;氢氧化钴;制备
【作 者】吴弘;王治安;林卫;万华
【作者单位】中国轻工业长沙工程公司,湖南长沙 410114;中国轻工业长沙工程公
司,湖南长沙 410114;中国轻工业长沙工程公司,湖南长沙 410114;中国轻工业长沙
工程公司,湖南长沙 410114
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ13;O614.81
Co(OH)2是锂电池关键材料(四氧化三钴)的核心原料，可以改善蓄电池的充放电
性能和循环寿命，在MH-Ni电池中，添加1%～5%Co即可增强电极导电性，提
高O2的析出电位。从而提高充放电效率。Co(OH)2通过与有机物反应转化为有
机钴，可作为金属丝、金属板与橡胶的黏合剂。Co(OH)2主要有两种结构：α-
Co(OH)2和β-Co(OH)2[1-2]。
Co(OH)2在制备过程中容易氧化和形成胶体，造成分离困难。制备Co(OH)2的
常用方法有：惰性气体保护法，电解合成法和沉淀转化法等。这类方法往往涉及惰
性气体保护，成本较高，不利于工业化生产。
本文以硫酸钴、氨水及氢氧化钠为原料，采用络合控制结晶法制备了Co(OH)2，
其结构经XRD和SEM表征。并研究了反应条件对产物的影响。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
Mini-flex 600型X-射线衍射仪(管电压30 kV，管电流20 mA，扫描速度
0.05°·s-1)； KYKY-EM3200型扫描电子显微镜。
所用试剂均为分析纯或化学纯。
1.2 制备[3-4]
在反应釜中加入60 g·L-1硫酸钴溶液(金属量)6 L，升温至60 ℃，搅拌下用氨水
调至pH 6；反应30 min；连续加入5 mol·L-1氢氧化钠溶液，维持pH 9.5～
10.5，陈化8 h。过滤，滤饼洗涤，干燥得不同颜色的固体Co(OH)2。
2 结果与讨论
2.1氨钴质量比(M)
图1为采用过程控制结晶法制备的粉红色β-Co(OH)2。由图1可知，合成产物的
衍射峰和标准β- Co(OH)2一致，表明产物为β-Co(OH)2。
2θ/(°)图1 粉红色Co(OH)2的XRDFigure 1 XRD pattern of pink Co(OH)2
2θ/(°)图2 不同M合成的Co(OH)2的XRD谱图Figure 2 XRD pattern of
Co(OH)2 with different M
图2为M对Co(OH)2的影响。由图2可见，当M为0.1和0.3时，产物的衍射
峰与β-Co(OH)2一致，说明产物为纯β-Co(OH)2。当M提高到0.6时，产物吸
收峰中有弱Co3O4杂质峰出现。M为0.3时，衍射峰强度最强，说明Co(OH)2
的结晶度较好。
2.2 温度
表1为温度对Co(OH)2的影响。由表1可见，温度为50 ℃时，产物为蓝色α-
Co(OH)2，温度升高到60 ℃，产物为β-Co(OH)2。当温度高于70 ℃，虽然有
利于α-Co(OH)2向β-Co(OH)2转化，但也增加了发生氧化反应的可能性，导致
产物颜色加深。
表1 温度对Co(OH)2的影响Table 1 Effect of temperature on Co(OH)2温度
/℃50607090成分*/%-62.39, 0.357-62.35, 0.148外观灰绿色淡粉红色暗粉红色
棕色
*分别为Co2+和含量。
图 3 60 ℃和90 ℃制得Co(OH)2的SEM照片Figure 3 SEM images of
Co(OH)2 prepared at60 ℃ and 90 ℃
图3为60 ℃和90 ℃条件下合成的Co(OH)2的SEM照片。由图3可见，90 ℃
制备的Co(OH)2粒径较大。说明温度升高可加快晶体的生长速度，从而增大粒径。
因此，为了增大的Co(OH)2的粒径，同时防止其氧化，反应温度应控制在60 ℃
左右。
2.3 加料速度和方式
表2和图4分别为加料速度对Co(OH)2的影响及不同加料速度下Co(OH)2的
SEM照片。
图4 不同加料速度和方式下样品的SEM照片Figure 4 SEM photos of samples
at different feedingspeeds and modes
表2 加料速度对Co(OH)2的影响Table 2 Effect of feeding speeds on
Co(OH)2加料速度a50/5020/2012/128/20成分b/%62.29, 0.11-62.23,
0.2262.39, 0.24外观蓝色-粉红色淡粉红色暗粉红色棕色
a分别为氨水和硫酸钴溶液加料速度,mL·L-1；b分别为Co2+和含量。
由表2可见，随着加料速度的减慢，Co(OH)2晶核形成速率减小，Co(OH)2晶核
长大速率相对增大。加料速度过慢，产物颜色变成棕色。这是由于三价钴氨络合物
稳定性强于二价络合物，若溶液中没有及时补充碱液，二价钴氨络合物会缓慢氧化
为三价络合物。
2.4 搅拌和洗涤方式
表3为搅拌和洗涤方式对样品的影响。由表3可以看出，随着水洗温度的提高，
含量明显降低，Co含量也有所下降。其原因在于：水洗温度升高，α-Co(OH)2
向β-Co(OH)2转化更完全，但β- Co(OH)2在热水中的浸泡时间过长，容易氧化，
导致Co含量下降。
表3 搅拌和洗涤方式对Co(OH)2的影响Table 3 Effect of agitator and
washing methods on Co(OH)2条件加挡板无挡板凉水洗涤热水洗涤成分
/%61.9a62.7a62.65, 0.20b62.49, 0.13b外观土黄色或黑色淡粉红色暗粉红色棕
色
aCo2+含量;含量。
图5为不同搅拌和洗涤条件下制得样品的SEM照片。由图5可见，增加挡板后所
得产物颗粒较细。其可能原因是:随着碰撞频率与强度的加大，新生成的Co(OH)2
在激烈碰撞下反应活性高。此外，由于Co(OH)2在该条件下容易氧化形成
Co(OH)3，更容易达到过饱和状态，使晶体难于长大，导致产物颗粒较细。
2.5 pH
当pH为8～9时，α-Co(OH)2转化不完全，产物为黄蓝色。随着pH的升高，
Co含量增加，产物颜色发生明显变化。当pH 9～10时，产物为粉红色β-
Co(OH)2，继续升高pH至10～11，产物变为暗红色。图6为pH=11.2和
pH=10.2条件下合成样品的SEM图。由图6可知，pH升高，产物粒径变小，形
貌越不规则。
图5 不同搅拌和洗涤条件下样品的SEM照片Figure 5 SEM photos of samples
图6 不同pH条件下样品的SEM照片Figure 6 SEM photos of samples in
different pH
2.6 保护剂
为提高产物纯度，可以适当添加还原性物质作保护剂。滴加完碱液后，分别向反应
液中加入焦亚硫酸钠、亚硫酸钠和抗坏血酸。结果表明：抗坏血酸作保护剂，保护
效果优于焦亚硫酸钠和亚硫酸钠。产品外观为粉红色，Co含量大于62%, D50大
于1 μm。
以硫酸钴、氨水及氢氧化钠为原料，采用络合控制结晶法制备了Co(OH)2,并研究
了反应条件对产物的影响。结果表明：氨钴质量比为0.3， pH 9～11.5， β-
Co(OH)2的形貌较规则。
参考文献
【相关文献】
[1] 原长洲，张校刚，高博. 多空Co(OH)2的制备及其超电容特性[J].应用化学，2006，23(4)：
456-458.
[2] 谢朋，赵彦军. 添加剂Co(OH)2的制备研究[J].电源技术，1998,22(4)：148-151.
[3] 应皆荣，高剑，姜长印,等. 控制结晶法制备球形锂离子电池正极材料的研究进展[J].无机材料学
报,2006，21(2)：291-297.
[4] 蒋学先，贾喜君，何贵香. 湿化学方法合成钴酸锂的研究进展[J].金川科技，2008,(1)：16-19.
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究,2008，16(3)：25-29.
[6] 郭炳坤，徐徽，王先友,等. 锂离子电池[M].长沙：中南大学出版社，2002.