[发明专利]使产率得到提高的电化学制备高铁酸钾的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高活性高铁酸钾物质，尤其涉及一种使产率得到提高的电化学制备高铁酸钾的方法，属于电化学技术领域。

背景技术

随着工业的发展，能源消耗日益增加，常规能源呈现枯竭之势，人们逐渐将目光投向新能源，高铁电池由于具有良好的可逆性能、较高的放电平台和较大的电容量以及较低的成本优势而深受青睐。高铁电池中铁的化合价为+6价，在充放电过程中，铁的价态在+6与+3价的之间变化，即1mol高铁酸钾放电，可提供3mol的电子，而锂离子电池在充放电过程中，含1mol的锂盐，在充放电过程中仅能提供1mol电子，相比之下，高铁电池非常符合日益兴起的电动汽车对大电流放电的要求。

制备高铁酸钾的铁源来源丰富，地壳含量为4.75%，价格低廉，应用于生产可降低成本，且高铁电池放电后所形成的产物为FeOOH或Fe₂O₃，无污染，属于环境友好型材料。

目前制备高铁酸钾的方法有次氯酸氧化法、电化学氧化法和高温过氧化物氧化法。

次氯酸氧化法工艺相对成熟，但制备高铁酸盐过程中需通入有毒气体Cl₂，对反应容器易造成腐蚀，对环境也会产生一定污染；产物高铁酸盐易受到Mn等金属的催化作用而分解成不同价态的铁的氧化物，造成高铁酸盐的产率降低。

电化学氧化法是以含铁物质为阳极，在高浓度NaOH存在的电解液中，经铁阳极的电化学反应转变为高铁酸钠，再加入KOH，使高铁酸钠转化为高铁酸钾沉淀，经固液分离、有机洗涤和真空烘干而获得固体高铁酸钾。

阳极反应：Fe+NaOH=Na₂ FeO₄+4H₂O+6e^-

阴极反应：NaOH +2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-

总反应：Fe+NaOH+ H₂O= Na₂ FeO₄+ H₂↑

产生高铁酸钾反应：Na₂ FeO₄+KOH=K₂ FeO₄↓+NaOH

电化学氧化法，设备简单，易于操作，竞争反应少，即杂质少，产率和纯度均较高，几乎无环境污染，但能耗较大。

高温过氧化物氧化法因过氧化物具有强氧化性，对反应设备要求高，且反应时产生高温，难以控制，易发生爆炸危险，不易实际应用。

目前制备的高铁酸钾产率较低，主要原因如下：

1、制备高铁酸钾过程中，Fe、Ni、Co、Mo、Hg、V、Cr、Ru、Pt、Rh、Os、Ir、Pd等金属的高价态离子和还原性杂质能促进高铁酸钾的分解，不利于高铁酸钾的稳定；2、高铁酸盐初始浓度越高，其分解速率越快；3、高铁酸钾易于分解，对制备温度要求严格，仅在室温条件下制备的高铁酸钾纯度和产率相对较高；4、碱度对高铁酸钾的稳定性影响大，pH>10时，高铁酸钾稳定性好，基本不发生分解；pH<7.5时，稳定性急剧下降；pH<4时，高铁酸钾瞬间分解；5、电化学方法制备高铁酸钾，由于铁阳极易形成钝化膜，导致电流效率降低；6、高铁酸钾在低电流密度（0.5~40mA/cm²）产率较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种提高高铁电池正极活性物质高铁酸钾产率的电化学制备方法，具体为：选择比表面积大、导电性好、可以充分接触电解液的含铁物质作为阳极，减少极化，最大限度地利用铁阳极，电解液中加入少量的复合抑制剂，可有效抑制高铁酸盐的分解，电解过程中采用机械搅拌，使阳极表面生成的高铁酸钠分散至本体电解液中，减小高铁酸钠的分解速率，提高其产率。

按照本发明提供的技术方案，一种使产率得到提高的电化学制备高铁酸钾的方法，步骤如下：

（1）高铁酸钠溶液的制备：以含铁物质为阳极，以泡沫镍或石墨为阴极；以12~16mol的NaOH溶液为电解液，加入浓度为0.1~1mol/L的复合抑制剂，采用恒压恒流直流稳压电源控制电流密度为2~10mA/cm²，电解体系温度为20~50℃，采用机械搅拌，搅拌速度为200~600r/min，反应1~3 小时，制备得到高铁酸钠溶液；