CN102616864A - 铁电极用四氧化三铁的制造方法 - Google Patents

铁电极用四氧化三铁的制造方法 Download PDF

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李永创
李群杰
李喜歌
杨玉锋
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Abstract

本发明公开了一种解决了现有的二次电池的铁电极所用的四氧化三铁的制备工艺复杂、且用该制备工艺制得的四氧化三铁克容量低问题的铁电极用四氧化三铁的制造方法，它以FeSO4溶液作为原料，经过加热、碱化、氧化、过滤洗涤、干燥、粉碎过筛、还原一系列的工序制得四氧化三铁，具有制备方法简单、便于生产的优点，采用本发明方法制备的四氧化三铁比采用传统方法制备的四氧化三铁的克容量有明显提高。

Description

铁电极用四氧化三铁的制造方法
技术领域
本发明涉及二次电池的技术领域，尤其涉及一种解决了现有的二次电池的铁电极所用的四氧化三铁的制备工艺复杂、且制得的四氧化三铁克容量低的问题，提出了一种新的铁电极用四氧化三铁的制造方法。
背景技术
二次电池又称为充电电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而反复使用的电池。铁氧化镍电池是以铁极板作为电池的负极，而四氧化三铁是铁极板制备中的活性物质，目前我国用于铁电极制造的四氧化三铁是用三氧化二铁作为原料，以乙炔黑作为还原剂，在高温下还原制得。这种制备方法的生产工艺复杂，制得的四氧化三铁的克容量很低，只能达到约200毫安时每克，这样在很大程度上制约着以铁电极作为极板的二次电池的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种制备工艺简单、利用该工艺制得的四氧化三铁克容量高的铁电极用四氧化三铁的制造方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种铁电极用四氧化三铁的制造方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤1、加料：将303.8g/L的FeSO4溶液和NH4Cl固体按照FeSO4与NH4Cl的质量比为10:1加入反应槽，搅拌溶解；
步骤2、加热：向步骤1中的反应槽内通入蒸气，使溶液升温至90-95℃，同时鼓入压缩空气； 
步骤3、碱化：向步骤2中的反应槽加入200g/L的氢氧化钠溶液，使200g/L的氢氧化钠溶液与步骤1中加入的303.8g/L的FeSO4溶液的体积比达到5:3，整个过程持续15分钟，并控制PH值为2-5.5，在加200g/L的氢氧化钠溶液过程中持续向反应槽内通入蒸气和鼓入压缩空气；
步骤4、氧化：向步骤3中的反应槽内继续鼓入压缩空气，持续30分钟；
步骤5、过滤、洗涤：将步骤4中反应槽内的反应产物用泵送入板式压滤机过滤，并用70℃的纯净水至少洗涤4次；
步骤6、干燥：将步骤5过滤、洗涤后的产物放入100℃的干燥箱内预干燥，干燥3小时，以完全烘干为准；
步骤7、粉碎、过筛：将步骤6中干燥后的产物冷却后送入破碎机粉碎，用150目的振动筛过筛；
步骤8、还原：将步骤6获得的筛下粉碎物送入800-820℃的高温炉中，用氮气作为保护气体，用氢气作为还原气体，处理5-10分钟，即制得四氧化三铁。
所述的步骤3碱化中的200g/L的氢氧化钠溶液是通过喷淋的方式加入反应槽。
所述的步骤8还原中还原气体为氢气，保护气体为氮气，氢气和氮气的来源是向高温炉内通入氨气，氨气在高温下分解产生氮气和氢气的方式而得。
本发明与现有技术相比有以下的优点：本发明以FeSO4溶液作为原料，经过加热、碱化、氧化、过滤洗涤、干燥、还原等一系列的工序制得四氧化三铁，在整个制备方法中所用的设备简单、不需要极端的制备条件，具有制备方法简单、便于生产的优点；由实施例的实验证明采用本发明方法制备的四氧化三铁比采用传统方法制备的四氧化三铁的克容量明显提高，活性物质利用率提高了38%。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
一种铁电极用四氧化三铁的制造方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤1、加料：将303.8g/L的FeSO4溶液和NH4Cl固体按照FeSO4与NH4Cl的质量比为10:1加入反应槽，搅拌溶解；
步骤2、加热：向步骤1中的反应槽内通入蒸气，使溶液升温至90-95℃，同时鼓入压缩空气； 
步骤3、碱化：向步骤2中的反应槽加入200g/L的氢氧化钠溶液，使200g/L的氢氧化钠溶液与步骤1中加入的303.8g/L的FeSO4溶液的体积比达到5:3，整个过程持续15分钟，并控制PH值为2-5.5，在加200g/L的氢氧化钠溶液过程中持续向反应槽内通入蒸气和鼓入压缩空气；
步骤4、氧化：向步骤3中的反应槽内继续鼓入压缩空气，持续30分钟；
步骤5、过滤、洗涤：将步骤4中反应槽内的反应产物用泵送入板式压滤机过滤，并用70℃的纯净水至少洗涤4次；
步骤6、干燥：将步骤5过滤、洗涤后的产物放入100℃的干燥箱内预干燥，干燥3小时，以完全烘干为准；
步骤7、粉碎、过筛：将步骤6中干燥后的产物冷却后送入破碎机粉碎，用150目的振动筛过筛；
步骤8、还原：将步骤6获得的筛下粉碎物送入800-820℃的高温炉中，用氮气作为保护气体，用氢气作为还原气体，处理5-10分钟，即制得四氧化三铁。
所述的步骤3碱化中的200g/L的氢氧化钠溶液是通过喷淋的方式加入反应槽。
所述的步骤8还原中还原气体为氢气，保护气体为氮气，氢气和氮气的来源是向高温炉内通入氨气，氨气在高温下分解产生氮气和氢气的方式而得。
取本发明方法制备的四氧化三铁与传统方法制备的四氧化三铁各90克分别加入氢氧化镍3克、导电剂石墨5克，均匀混合，混合物加入质量分数为8%的粘结剂25克水溶液调制，搅拌均匀，即制成活性物质浆料，然后涂覆于发泡镍基体中，经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳，制成发泡镍式铁电极，即发泡式铁电极。将制得的两种铁电极分别与烧结式镍电极以聚丙烯无纺布和聚乙烯辐射接枝膜组成的隔膜隔开，组成叠片式铁镍电池，装入尼龙塑料壳内，然后灌注比重为1.25克每毫升的氢氧化钾水溶液（内含15克每升的氢氧化锂），搁置12小时，再经充放电活化即成为铁镍电池。
电池以0.25C充电8小时，停30分钟，以0.2C放电至1.0V，计算出电池放电容量。
电池以0.25C充电8小时，停30分钟，以10C放电至0.8V，计算出电池放电容量。
电池以铁电极理论容量的0.1C充电10小时，停30分钟，然后以铁电极理论容量0.1C放电至-0.55V（相对锌参比电极），计算出铁电极中活性物质克容量。
两种电极活性物质利用率比较，如下表：
类别 电池0.2C放电容量 四氧化三铁重量 活性物质利用率
本发明方法制备的四氧化三铁制作的铁电极 1906毫安时 6.32克 301毫安时每克
传统方法制备的四氧化三铁制作的铁电极 1398毫安时 6.41克 218毫安时每克
注：活性物质利用率以混合粉中每克四氧化三铁所放出的容量表示。
从上表可以看出，采用本发明方法制备的四氧化三铁制作的铁电极比采用传统方法制备的四氧化三铁制作的铁电极，活性物质利用率提高了38%。

Claims (3)

1.一种铁电极用四氧化三铁的制造方法，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：
步骤1、加料：将303.8g/L的FeSO4溶液和NH4Cl固体按照FeSO4与NH4Cl的质量比为10:1加入反应槽，搅拌溶解；
步骤2、加热：向步骤1中的反应槽内通入蒸气，使溶液升温至90-95℃，同时鼓入压缩空气； 
步骤3、碱化：向步骤2中的反应槽加入200g/L的氢氧化钠溶液，使200g/L的氢氧化钠溶液与步骤1中加入的303.8g/L的FeSO4溶液的体积比达到5:3，整个过程持续15分钟，并控制PH值为2-5.5，在加200g/L的氢氧化钠溶液过程中持续向反应槽内通入蒸气和鼓入压缩空气；
步骤4、氧化：向步骤3中的反应槽内继续鼓入压缩空气，持续30分钟；
步骤5、过滤、洗涤：将步骤4中反应槽内的反应产物用泵送入板式压滤机过滤，并用70℃的纯净水至少洗涤4次；
步骤6、干燥：将步骤5过滤、洗涤后的产物放入100℃的干燥箱内预干燥，干燥3小时，以完全烘干为准；
步骤7、粉碎、过筛：将步骤6中干燥后的产物冷却后送入破碎机粉碎，用150目的振动筛过筛；
步骤8、还原：将步骤6获得的筛下粉碎物送入800-820℃的高温炉中，用氮气作为保护气体，用氢气作为还原气体，处理5-10分钟，即制得四氧化三铁。
2.如权利要求1所述的铁电极用四氧化三铁的制造方法，其特征在于：所述的步骤3碱化中的200g/L的氢氧化钠溶液是通过喷淋的方式加入反应槽。
3.如权利要求1所述的铁电极用四氧化三铁的制造方法，其特征在于：所述的步骤8还原中的还原气体为氢气，保护气体为氮气，氢气和氮气的来源也可用向高温炉内通入氨气，氨气在高温下分解产生氮气和氢气的方式而得。
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