由湿法炼锌渣酸浸液制备高性能三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料的方法及应用与流程

本发明涉及锂离子电池负极材料的技术领域，具体涉及一种由湿法炼锌渣酸浸液制备高性能三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料的方法及应用。

技术背景

在湿法炼锌过程中不可避免地会产生大量的湿法炼锌渣。由于湿法炼锌渣中仍存在一些具有回收价值的金属元素和污染环境的重金属元素，需要对这些渣进行进一步地强化酸浸处理，从而产生大量的湿法炼锌渣酸浸液。湿法炼锌渣酸浸液主要含有锌、铁离子，除此之外还含有极少量的其它金属杂质元素。为了回收酸浸液中的锌，通常需要先将锌和铁分离。然而，锌、铁分离过程复杂、分离不彻底，且分离后浸出液中的铁源无法充分利用。为此，本发明提出一种无需进行锌、铁分离直接利用湿法炼锌渣酸浸液制备高附加值高性能的锂离子电池用三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种由湿法炼锌渣酸浸液制备高性能三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料的方法。

具体步骤为：

(1)测定湿法炼锌渣酸浸液中zn²⁺和fe总的物质的量浓度，其中zn²⁺的物质的量浓度为0.045mol/l，fe总的物质的量浓度为0.12mol/l。

(2)将100ml步骤(1)所得的湿法炼锌渣酸浸液放入500ml的烧杯中，在常温搅拌下向烧杯中加入100ml蒸馏水，使溶液中fe总的物质的量浓度为0.06mol/l，然后再加入0.4635g七水合硫酸锌，使溶液中zn²⁺与fe总的摩尔比为1:2。

(3)将20～40ml分析纯氨水用蒸馏水稀释5～10倍，将配好的氨水溶液转移至恒压分液漏斗中待用。

(4)在25℃常规搅拌(搅拌速度350转/分钟)条件下通过恒压分液漏斗缓慢向步骤(2)所得溶液中滴加步骤(3)所得的氨水溶液；氨水溶液滴加完成后，搅拌3小时，然后静置陈化12小时；陈化后，进行过滤、洗涤操作(反复操作3～5次)，收集滤饼。

(5)将步骤(4)获得的滤饼放入干燥箱中在80℃下干燥12小时，然后将其转移至马弗炉中，在空气气氛中从室温加热至800℃，升温速度5℃/分钟，在800℃条件下烧结2小时，得到三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料。

所制得的三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料能应用于制备高性能锂离子电池。

本发明的优点：本发明直接利用湿法炼锌渣酸浸液制备出高附加值的三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料，解决了工业上锌、铁分离困难，铁源无法充分利用污染环境等问题。同时，本发明方法十分简便、成本低、产率高、制备条件易于控制，适用于大规模生产，制备的三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料作为锂离子电池负极材料具有较好的循环稳定性。

附图说明

图1为实施例1～3制备的三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料的xrd图谱。

图2为实施例1～3制备的三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料的循环性能图。

图3为实施例1～3制备的三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料的倍率性能图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，需要指出的是以下实施例是为了本领域的技术人员更好地理解本发明，而不是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例1：

(1)测定湿法炼锌渣酸浸液中zn²⁺和fe总的物质的量浓度，其中zn²⁺的物质的量浓度为0.045mol/l，fe总的物质的量浓度为0.12mol/l。

(2)将100ml步骤(1)所得的湿法炼锌渣酸浸液放入500ml的烧杯中，在常温搅拌下向烧杯中加入100ml蒸馏水，使溶液中fe总的物质的量浓度为0.06mol/l，然后向溶液中加入0.4635g七水合硫酸锌，使溶液中zn²⁺与fe总的摩尔比为1:2。

(3)量取20ml分析纯氨水，用蒸馏水稀释至200ml，将配好的氨水溶液转移至恒压分液漏斗中待用。

(4)在25℃常规搅拌(搅拌速度350转/分钟)条件下通过恒压分液漏斗缓慢向步骤(2)所得溶液中滴加步骤(3)所得的氨水溶液；氨水溶液滴加完成后，搅拌3小时，然后静置陈化12小时；陈化后，进行过滤、洗涤操作(反复操作3次)，收集滤饼。

(5)将步骤(4)获得的滤饼放入干燥箱中在80℃下干燥12小时，然后将其转移至马弗炉中，在空气气氛中从室温加热至800℃，升温速度5℃/分钟，在800℃条件下烧结2小时，得到三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料。

实施例2：

(1)测定湿法炼锌渣酸浸液中zn²⁺和fe总的物质的量浓度，其中zn²⁺的物质的量浓度为0.045mol/l，fe总的物质的量浓度为0.12mol/l。

(2)将100ml步骤(1)所得的湿法炼锌渣酸浸液放入500ml的烧杯中，在常温搅拌下向烧杯中加入100ml蒸馏水，使溶液中fe总的物质的量浓度为0.06mol/l，然后向溶液中加入0.4635g七水合硫酸锌，使溶液中zn²⁺与fe总的摩尔比为1:2。

(3)量取30ml分析纯氨水，用蒸馏水稀释至200ml，将配好的氨水溶液转移至恒压分液漏斗中待用。

(4)在25℃恒温常规搅拌(搅拌速度350转/分钟)条件下通过恒压分液漏斗缓慢向步骤(2)所得溶液中滴加步骤(3)所得的氨水溶液；氨水溶液滴加完成后，搅拌3小时，然后静置陈化12小时；陈化后，进行过滤、洗涤操作(反复操作5次)，收集滤饼。

(5)将步骤(4)获得的滤饼放入干燥箱中在80℃下干燥12小时，然后将其转移至马弗炉中，在空气气氛中从室温加热至800℃，升温速度5℃/分钟，在800℃条件下烧结2小时，得到三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料。

实施例3：

(1)测定湿法炼锌渣酸浸液中zn²⁺和fe总的物质的量浓度，其中zn²⁺的物质的量浓度为0.045mol/l，fe总的物质的量浓度为0.12mol/l。

(2)将100ml步骤(1)所得的湿法炼锌渣酸浸液放入500ml的烧杯中，在常温搅拌下向烧杯中加入100ml蒸馏水，使溶液中fe总的物质的量浓度为0.06mol/l，然后向溶液中加入0.4635g七水合硫酸锌，使溶液中zn²⁺与fe总的摩尔比为1:2。

(3)量取40ml分析纯氨水，用蒸馏水稀释至200ml，将配好的氨水溶液转移至恒压分液漏斗中待用。

(4)在25℃恒温常规搅拌(搅拌速度350转/分钟)条件下通过恒压分液漏斗缓慢向步骤(2)所得溶液中滴加步骤(3)所得的氨水溶液；氨水溶液滴加完成后，搅拌3小时，然后静置陈化12小时；陈化后，进行过滤、洗涤操作(反复操作4次)，收集滤饼。

(5)将步骤(4)获得的滤饼放入干燥箱中在80℃下干燥12小时，然后将其转移至马弗炉中，在空气气氛中从室温加热至800℃，升温速度5℃/分钟，在800℃条件下烧结2小时，得到三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料。

各实施例所采用的湿法炼锌渣酸浸液仅是举例，为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。

电化学性能测试：将实施例制备的三氧化二铁/铁酸锌复合材料作为活性材料，导电炭黑(superp)作为导电剂，聚偏氟乙烯(pvdf)作为粘结剂按质量比6:3:1的比例混合研磨均匀后，加入适量的n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)，调匀成浆后均匀涂覆在铜箔上，在80℃下真空干燥12小时，冲裁后得到电极片。以三氧化二铁/铁酸锌复合材料电极片为工作电极，金属锂片为对电极，聚丙烯多孔膜(celgard2400)为隔膜，1mol/llipf6的碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)和碳酸二乙酯(dec)的混合液(v(ec):v(dmc):v(dec)＝1:1:1)为电解液，在充满氩气的手套箱中组装成cr2032型扣式电池。采用深圳新威公司的bts-5v/10ma型充放电测试仪测试电池的恒流充放电性能，充放电电压范围为0.01～3.0v，循环性能测试的电流密度为500ma/g。倍率性能测试的电流密度分别为0.5a/g、1a/g、2a/g、3a/g、4a/g、5a/g。

如图1所示，为实施例1～3制备的材料的xrd图谱。从图中可以看出，本发明制备的材料为三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料。

如图2所示，为实施例1～3制备的三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料在500ma/g电流密度下的循环性能曲线。从图中可以看出，实施例1～3制备的电极材料具有较好的循环稳定性，但对比3个实施例可知，实施例3具有相对更好的循环性能。

如图3所示，为实施例1～3制备的三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料在不同电流密度(0.5、1、2、3、4、5a/g)下的倍率性能曲线。从图中可以看出，实施例1～3制备的电极材料具有较好的倍率性能，但对比3个实施例可知，实施例3具有相对更好的倍率性能。