[發明專利]使產率得到提高的電化學制備高鐵酸鉀的方法

有效

• 申請號: 201210036510.5
• 申請日: 2012-02-18
• 公開（公告）號: CN102560522A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 樂天祥
• 申請（專利權）人: 無錫合志科技有限公司
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C01G49/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及高活性高鐵酸鉀物質，尤其涉及一種使產率得到提高的電化學制備高鐵酸鉀的方法，屬于電化學技術領域。

背景技術

隨著工業的發展，能源消耗日益增加，常規能源呈現枯竭之勢，人們逐漸將目光投向新能源，高鐵電池由于具有良好的可逆性能、較高的放電平臺和較大的電容量以及較低的成本優勢而深受青睞。高鐵電池中鐵的化合價為+6價，在充放電過程中，鐵的價態在+6與+3價的之間變化，即1mol高鐵酸鉀放電，可提供3mol的電子，而鋰離子電池在充放電過程中，含1mol的鋰鹽，在充放電過程中僅能提供1mol電子，相比之下，高鐵電池非常符合日益興起的電動汽車對大電流放電的要求。

制備高鐵酸鉀的鐵源來源豐富，地殼含量為4.75%，價格低廉，應用于生產可降低成本，且高鐵電池放電后所形成的產物為FeOOH或Fe₂O₃，無污染，屬于環境友好型材料。

目前制備高鐵酸鉀的方法有次氯酸氧化法、電化學氧化法和高溫過氧化物氧化法。

次氯酸氧化法工藝相對成熟，但制備高鐵酸鹽過程中需通入有毒氣體Cl₂，對反應容器易造成腐蝕，對環境也會產生一定污染；產物高鐵酸鹽易受到Mn等金屬的催化作用而分解成不同價態的鐵的氧化物，造成高鐵酸鹽的產率降低。

電化學氧化法是以含鐵物質為陽極，在高濃度NaOH存在的電解液中，經鐵陽極的電化學反應轉變為高鐵酸鈉，再加入KOH，使高鐵酸鈉轉化為高鐵酸鉀沉淀，經固液分離、有機洗滌和真空烘干而獲得固體高鐵酸鉀。

陽極反應：Fe+NaOH=Na₂?FeO₄+4H₂O+6e^-

陰極反應：NaOH?+2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-

總反應：Fe+NaOH+?H₂O=?Na₂?FeO₄+?H₂↑

產生高鐵酸鉀反應：Na₂?FeO₄+KOH=K₂?FeO₄↓+NaOH

電化學氧化法，設備簡單，易于操作，競爭反應少，即雜質少，產率和純度均較高，幾乎無環境污染，但能耗較大。

高溫過氧化物氧化法因過氧化物具有強氧化性，對反應設備要求高，且反應時產生高溫，難以控制，易發生爆炸危險，不易實際應用。

目前制備的高鐵酸鉀產率較低，主要原因如下：

1、制備高鐵酸鉀過程中，Fe、Ni、Co、Mo、Hg、V、Cr、Ru、Pt、Rh、Os、Ir、Pd等金屬的高價態離子和還原性雜質能促進高鐵酸鉀的分解，不利于高鐵酸鉀的穩定；2、高鐵酸鹽初始濃度越高，其分解速率越快；3、高鐵酸鉀易于分解，對制備溫度要求嚴格，僅在室溫條件下制備的高鐵酸鉀純度和產率相對較高；4、堿度對高鐵酸鉀的穩定性影響大，pH>10時，高鐵酸鉀穩定性好，基本不發生分解；pH<7.5時，穩定性急劇下降；pH<4時，高鐵酸鉀瞬間分解；5、電化學方法制備高鐵酸鉀，由于鐵陽極易形成鈍化膜，導致電流效率降低；6、高鐵酸鉀在低電流密度（0.5~40mA/cm²）產率較高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足之處，提供一種提高高鐵電池正極活性物質高鐵酸鉀產率的電化學制備方法，具體為：選擇比表面積大、導電性好、可以充分接觸電解液的含鐵物質作為陽極，減少極化，最大限度地利用鐵陽極，電解液中加入少量的復合抑制劑，可有效抑制高鐵酸鹽的分解，電解過程中采用機械攪拌，使陽極表面生成的高鐵酸鈉分散至本體電解液中，減小高鐵酸鈉的分解速率，提高其產率。

按照本發明提供的技術方案，一種使產率得到提高的電化學制備高鐵酸鉀的方法，步驟如下：

（1）高鐵酸鈉溶液的制備：以含鐵物質為陽極，以泡沫鎳或石墨為陰極；以12~16mol的NaOH溶液為電解液，加入濃度為0.1~1mol/L的復合抑制劑，采用恒壓恒流直流穩壓電源控制電流密度為2~10mA/cm²，電解體系溫度為20~50℃，采用機械攪拌，攪拌速度為200~600r/min，反應1~3?小時，制備得到高鐵酸鈉溶液；