本发明专利技术涉及一种基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，属于新能源技术领域。本发明专利技术将工业纯铁、镍铁合金、锰铁合金或钢制备成阳极极片；以磷酸或磷酸盐水溶液作为电解液，铂片、铜棒或石墨棒为阴极，将阳极极片和阴极插入电解液中，进行电化学阳极氧化得到含磷酸亚铁沉淀的电解体系；氧化剂氧化磷酸亚铁使其转变成磷酸铁，即得层片球形磷酸铁粉末。本发明专利技术操作简单，安全性高，合成的磷酸铁效率高，产物的颗粒较细，可用于工业化生产。可用于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法
[0001]本专利技术涉及一种基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，属于新能源
技术介绍
[0002]磷酸铁又名磷酸高铁、正磷酸铁，包括二水合磷酸铁(FePO4·
2H2O)和无水磷酸铁(FePO4)，是一种白色或淡黄色粉末。最初磷酸铁主要用于农业、污水处理、玻璃陶瓷、催化剂等方面。随着研究的不断深入，磷酸铁作为锂离子正极材料的前驱体或直接作为负极材料使用具有很大潜力，并且磷酸铁的性能对于所制锂离子电池正极材料的性能具有决定性作用。
[0003]现有制备磷酸铁的方法：一是共沉淀法，此方法是目前工业生产所用最主要的方法，但其也存在着产品颗粒易团聚所导致振实密度下降，从而影响产品批次稳定性较差的问题。二是水热法，此方法需使用高压反应釜，需将所物料一次性加入其中，反应过程难以观察和控制，并且对于反应釜的尺寸以及强度要求较高，难以进行工业化运用。三是溶胶
‑
凝胶法，此方法存在着工艺复杂、耗时长、能耗高等问题。四是模板法，此方法工艺复杂、对操作技术要求高，难以实现工业化运用。
技术实现思路
[0004]针对目前对于磷酸铁制备方法中所存在的问题，本专利技术提出了一种基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，即以工业纯铁或铁合金为阳极，磷酸或磷酸盐水溶液作为电解液进行电化学阳极氧化使Fe失去电子形成Fe
2+
，Fe
2+
与PO
43+
结合生成Fe3(PO4)2，Fe3(PO4)2再经氧化剂氧化得到磷酸铁。本专利技术制备工艺流程简单，操作流程方便，成本低，合理利用原料从而达到制备出FePO4的目的，对环境无污染，原料无浪费、生产效率高，具有工业化运用前景。
[0005]一种基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，具体步骤如下：
[0006](1)将工业纯铁或铁合金制备成阳极极片；
[0007](2)以磷酸或磷酸盐水溶液作为电解液，铂片、铜棒或石墨棒为阴极，将阳极极片和阴极插入电解液中，进行电化学阳极氧化得到含磷酸亚铁沉淀的电解体系；
[0008](3)氧化剂氧化磷酸亚铁使其转变成磷酸铁，即得层片球形磷酸铁粉末。
[0009]所述步骤(1)铁合金为镍铁合金、锰铁合金或钢。
[0010]优选的，步骤(1)阳极极片的尺寸为2～5cm
×
8～10cm
×
1～3cm。
[0011]所述步骤(2)电解液的pH为1～6，电解液浓度为0.1～8mol/L。所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸氢钠、焦磷酸铵或磷酸钾。
[0012]所述步骤(2)电化学阳极氧化的电流密度为400～6000A/m2，温度为20～80℃，搅拌转速为100～600r/min。
[0013]所述步骤(3)氧化剂为过氧化氢、氧气或高锰酸钾；
[0014]使用X射线衍射仪以及扫描电子显微镜对所得产物进行物相分析以及形貌检测，并用Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer(ICP
‑
OES)检测出磷酸铁中铁磷比以及所含杂质元素含量的检测。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016](1)本专利技术利用工业纯铁或者铁合金在磷酸电解液中进行阳极氧化，使Fe失去电子形成Fe
2+
，Fe
2+
与PO
43+
结合生成Fe3(PO4)2，再用过量氧化剂对其进行氧化生成FePO4·
2H2O；
[0017](2)本专利技术方法制备的FePO4·
2H2O为球形并且含有层状结构，结晶度较高并且铁磷比符合国家标准；
[0018](3)本专利技术方法制备FePO4·
2H2O具有很高的效率，并且操作简单。
附图说明
[0019]图1为实施例1磷酸铁粉末的XRD图；
[0020]图2为实施例1磷酸铁粉末的SEM图(纳米级)；
[0021]图3为实施例1磷酸铁粉末的SEM图(微米级)；
[0022]图4为实例1～4产品的铁磷比统计图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0024]实施例1：采用云南省某地的镍铁矿通过金属冶炼所得的镍铁合金，成分组成如表1所示；
[0025]表1镍铁合金成分组成(wt％)
[0026][0027]一种基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，具体步骤如下：
[0028](1)镍铁合金锭切割为2cm
×
8cm
×
1cm的合金片，再依次经400目、600目、800目、1000目、1500目、2000目砂纸打磨，洗涤干燥得到阳极极片；
[0029](2)将5.23ml质量浓度为98％的浓磷酸加入到去离子水中搅拌10min，得到1mol/L稀磷酸溶液；
[0030](3)以1mol/L的稀磷酸溶液(pH值为1.14)为电解液，石墨棒为阴极，将阳极极片和阴极插入电解液中，在电流密度为1875A/m2、温度60℃、搅拌速率400r/min的条件下进行电化学阳极氧化6h得到含磷酸亚铁沉淀的电解体系；
[0031](3)在电解体系中加入微过量的质量浓度为30％的过氧化氢作为氧化剂，搅拌反应1h使磷酸亚铁氧化成磷酸铁，固液分离，洗涤，干燥即得层片球形磷酸铁粉末；
[0032]利用XRD、SEM对产品磷酸铁粉末进行产物物相和形貌测试，ICP
‑
OES对产物铁磷比进行分析，磷酸铁的铁磷比标准依据国标GB/T1.1
‑
2009以及行标HB/T 4701
‑
2014进行分析测试；
[0033]本实施例磷酸铁粉末的XRD图见图1，从图1可知，所得物相的衍射峰较为尖锐，说明结晶度良好，其特征峰与标准XRD图谱吻合，空间群为P3121，且未出现杂峰，说明其他杂质含量较低；
[0034]本实施例磷酸铁粉末的SEM图见图2、图3，从图2和3可知，所得FePO4·
2H2O呈由层片所组成的球形，其层片厚度约17nm，整体球形大小约5um；此形貌利于Li
+
的嵌入和脱出；
[0035]本实施例磷酸铁粉末的铁磷比为0.981，根据国标GB/T1.1
‑
2009以及行标HB/T 4701
‑
2014所规定，电池极磷酸铁铁磷比需处于0.97～1.02范围内，本实施例符合此标准。
[0036]实施例2：采用云南省某地的镍铁矿通过金属冶炼所得的镍铁合金，成分组成如表2所示；
[0037]表2镍铁合金成分组成(wt％)
[0038][0039]一种基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，具体步骤如下：...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将工业纯铁或铁合金制备成阳极极片；(2)以磷酸或磷酸盐水溶液作为电解液，铂片、铜棒或石墨棒为阴极，将阳极极片和阴极插入电解液中，进行电化学阳极氧化得到磷酸亚铁沉淀；(3)氧化剂氧化磷酸亚铁使其转变成磷酸铁，即得层片球形磷酸铁粉末。2.根据权利要求1所述基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(1)铁合金为镍铁合金、锰铁合金或钢。3.根据权利要求1所述基于电化学阳极氧化制备层片球形磷酸铁的方法，其特征在于：步骤(2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张正富，刘梓源，董鹏，刘莹，王劲松，李成平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。