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利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2021-02-07
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-07-16
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-06-14
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2041-02-07
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202110169681.4 申请日 2021-02-07
公开/公告号 CN113044822B 公开/公告日 2022-06-14
授权日 2022-06-14 预估到期日 2041-02-07
申请年 2021年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 H01M4/58C01B25/37H01M10/0525 主分类号 H01M4/58
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 5
权利要求数量 6 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 1 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 桂林理工大学 当前专利权人 桂林理工大学
发明人 肖顺华、彭嘉启、陈超、邢旭、陈绍军 第一发明人 肖顺华
地址 广西壮族自治区桂林市七星区建干路12号 邮编 541000
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 广西壮族自治区 申请人所在市 广西壮族自治区桂林市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
北京酷爱智慧知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
刘娟
摘要
本发明公开了利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,涉及磷酸铁制备技术领域,步骤如下:S1.废弃海绵预处理:将废弃海绵置于碱液中,转移至反应釜中,加热,进行反应,冷却,制得反应后的海绵,清洗至pH为7,进行烘烤,制得预处理后的海绵;S2.磷酸铁制备:将铁源和磷源分别溶解于去离子水中,制得铁源溶液和磷源溶液,在铁源溶液中加入络合剂和预处理后的海绵,搅拌,再向其加入磷源溶液,再次搅拌,加热,进行反应,将产物抽滤,洗涤,高温反应,制得所述的磷酸铁。本发明提供的方法采用废弃海绵作为原料,变废为宝,制得的磷酸铁不仅分散性好、尺寸均匀,还具有高导电性。
  • 摘要附图
    利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-06-14 授权
2 2021-07-16 实质审查的生效 IPC(主分类): C01B 25/37 专利申请号: 202110169681.4 申请日: 2021.02.07
3 2021-06-29 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,其特征在于:所述的方法,步骤如下:
S
1.废弃海绵预处理:将废弃海绵置于质量百分比为10%的碱液中,转移至反应釜中,加热,进行反应,冷却,制得反应后的海绵,清洗至pH为7,进行烘烤,制得预处理后的海绵;
步骤S1中,所述的加热为加热至50‑120℃,所述的进行反应的时间为1‑10h,所述的清洗为去离子水清洗3‑5次,所述的烘烤为50‑60℃烘烤5‑40h;
S
2.磷酸铁制备:将铁源和磷源分别溶解于去离子水中,制得铁源溶液和磷源溶液,在铁源溶液中加入络合剂和预处理后的海绵,搅拌,再向其加入磷源溶液,再次搅拌,加热,进行反应,将产物抽滤,洗涤,高温反应,制得所述的磷酸铁;步骤S2中,所述的搅拌为200‑500转/min下搅拌1‑5h,所述的再次搅拌为200‑500转/min下搅拌1‑5h,所述的加热为微波水热反应器中加热至120‑170℃,所述的进行反应的时间为1‑3h,所述的洗涤为蒸馏水洗涤3次,所述的高温反应为放置于马弗炉中以3‑10℃/min的升温速率升温至550‑850℃反应5‑15h;
所述的磷源加铁源的质量和与络合剂的质量比为(20‑10):(1‑2);所述的络合剂和所述的预处理后的海绵的质量比为(10‑30):1。

2.根据权利要求1所述的利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,其特征在于:所述的碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,其特征在于:所述的铁源为硝酸铁、醋酸铁、三氯化铁、硫酸铁中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,其特征在于:所述的磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,其特征在于:所述的络合剂为柠檬酸、EDTA、苯甲酸、油酸、山梨酸的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,其特征在于:步骤S2中,所述的铁源和所述的磷源中以化学计量比计Fe:P=1:1。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及磷酸铁制备技术领域,具体涉及一种利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法。

背景技术

[0002] 磷酸铁锂(LiFePO4)具有理论比容量大(170mAh/g)、循环性能好、稳定性高、安全性能高、环境友好、成本低廉等优点。磷酸铁是磷酸铁锂的重要的前驱体之一,磷酸铁的形貌、结构和导电性等品质决定了磷酸铁锂材料的电化学性能。由于磷酸铁锂电导率极差,严重影响了该材料的高倍率性能,限制了其在动力电池中的应用。同时,为了提高磷酸铁锂的振实密度,进而提高其压实密度和体积能量密度,作为前驱体的磷酸铁的形貌控制也尤为重要。因此,制备出分散性好、尺寸均匀、高导电性的磷酸铁对制备优异电化学性能的磷酸铁锂具有非常重要的意义。
[0003] 海绵是一种常见的有弹性的吸水型高分子多孔材料,广泛应用于日常生活与工业中。生活中如清洁工具、沙发内垫、隔音材料等;工业应用包括汽车制造、电池工业、化妆品业等。使用过的海绵常常作为废弃物被随意丢弃,造成了一定的环境污染。
[0004] 目前,还没有一种可以利用废弃海绵制备出分散性好、尺寸均匀、高导电性的磷酸铁的方法。

发明内容

[0005] 针对现有技术中的缺陷,本发明提供一种利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,对废弃海绵通过特殊工艺进行处理后,以处理过的海绵作为功能化模板,利用海绵的吸水性、多孔性和空间限域作用,通过微波水热合成花瓣状的磷酸铁。制得的磷酸铁不仅分散性好、尺寸均匀,还具有高导电性,可以作为前驱体应用于磷酸铁锂正极材料的制备。开发了废弃海绵在新能源方面的应用,提高了废弃海绵的附加值,变废为宝,既可以保护环境,又可以促进锂离子电池的发展,极具商业价值。
[0006] 所述的方法,步骤如下:
[0007] S1.废弃海绵预处理:将废弃海绵置于质量百分比为0.1‑10%的碱液中,转移至反应釜中,加热,进行反应,冷却,制得反应后的海绵,清洗至pH为7,进行烘烤,制得预处理后的海绵;
[0008] S2.磷酸铁制备:将铁源和磷源分别溶解于去离子水中,制得铁源溶液和磷源溶液,在铁源溶液中加入络合剂和预处理后的海绵,搅拌,再向其加入磷源溶液,再次搅拌,加热,进行反应,将产物抽滤,洗涤,高温反应,制得所述的磷酸铁。
[0009] 优选地,所述的碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或多种。
[0010] 优选地,所述的铁源为硝酸铁、醋酸铁、三氯化铁、硫酸铁中的一种或多种。
[0011] 优选地,所述的磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或多种。
[0012] 优选地,所述的络合剂为柠檬酸、EDTA、苯甲酸、油酸、山梨酸的一种或多种。
[0013] 优选地,步骤S2中,所述的铁源和所述的磷源中以化学计量比计Fe:P=1:1。
[0014] 优选地,步骤S2中,所述的磷源加铁源的质量和与络合剂的质量比为(20‑10):(1‑2)。
[0015] 优选地,步骤S2中,所述的络合剂和所述的预处理后的海绵的质量比为(10‑30):1。
[0016] 优选地,步骤S1中,所述的加热为加热至50‑120℃,所述的进行反应的时间为1‑10h,所述的清洗为去离子水清洗3‑5次,所述的烘烤为50‑60℃烘烤5‑40h。
[0017] 优选地,步骤S2中,所述的搅拌为200‑500转/min下搅拌1‑5h,所述的再次搅拌为200‑500转/min下搅拌1‑5h,所述的加热为微波水热反应器中加热至120‑170℃,所述的进行反应的时间为1‑3h,所述的洗涤为蒸馏水洗涤3次,所述的高温反应为放置于马弗炉中以
3‑10℃/min的升温速率升温至450‑850℃反应5‑15h。
[0018] 本发明的有益效果体现在:
[0019] (1)本发明提供的利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法采用废弃海绵作为原料,对废弃海绵进行特殊工艺处理后,以处理过的海绵作为功能化模板,利用海绵的吸水性、多孔性和空间限域作用,通过微波水热合成花瓣状的磷酸铁。变废为宝,保护环境,制得的磷酸铁不仅分散性好、尺寸均匀,还具有高导电性,可以作为前驱体应用于磷酸铁锂正极材料的制备。
[0020] (2)本发明提供的利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法操作简‑3单、原料易得、技术稳定,制备出的磷酸铁性能优越、导电率可达4.43×10 S/m,与共沉淀制备的磷酸铁的电导率相比电导率提高了1~2个数量级以上,极具商业价值。

实施方案

[0025] 下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0026] 需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0027] 实施例1
[0028] 利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,步骤如下:
[0029] S1.称量3g废弃海绵,置于500mL质量百分比浓度为10%的碱液中,将溶液转移到200mL的以聚四氟乙烯为内衬的反应釜里,120℃反应10h,待反应釜冷却后,取出反应后的海绵,用去离子水清洗5次,直至pH为7;之后在烘箱中60℃下烘烤40h,制得预处理后的海绵。
[0030] S2.按照化学计量比Fe:P=1:1,称取0.05molFe(NO3)3、0.05mol(NH4)H2PO4溶解于去离子水中,向Fe(NO3)3溶液中加入2.5951g苯甲酸及0.1g预处理后的海绵,300转/min下搅拌3h后,将(NH4)H2PO4溶液缓慢滴加到Fe(NO3)3溶液中,300转/min下再次搅拌3h,搅拌好的溶液放入到微波反应器中150℃下,反应1.5h。待反应结束后,进行抽滤、洗涤三次,将产物放入马弗炉550℃以5℃的升温速率高温下反应5h,制得FePO4。
[0031] 实施例2
[0032] 利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,步骤如下:
[0033] S1.称量3g废弃海绵,置于500mL质量百分比浓度为10%的碱液中,将溶液转移到200mL的以聚四氟乙烯为内衬的反应釜里,120℃反应10h,待反应釜冷却后,取出反应后的海绵,用去离子水清洗5次,直至pH为7;之后在烘箱中60℃下烘烤40h,制得预处理后的海绵。
[0034] S2.按照化学计量比Fe:P=1:1,称取0.03molFeCl3、0.03mol(NH4)2HPO4溶解于去离子水中,向FeCl3溶液中加入1.2070g油酸及0.1g预处理后的海绵,400转/min下搅拌3h后,将(NH4)2HPO4溶液缓慢滴加到FeCl3溶液中,400转/min下再次搅拌3h,搅拌好的溶液放入到微波反应器中150℃下,反应1.5h。待反应结束后,进行抽滤、洗涤三次,将产物放入马弗炉600℃以5℃的升温速率高温下反应10h,制得FePO4。
[0035] 实施例3
[0036] 利用废弃海绵空间限域原位制备高导电性磷酸铁的方法,步骤如下:
[0037] S1.称量3g废弃海绵,置于500mL质量百分比浓度为10%的碱液中,将溶液转移到200mL的以聚四氟乙烯为内衬的反应釜里,120℃反应10h,待反应釜冷却后,取出反应后的海绵,用去离子水清洗5次,直至pH为7;之后在烘箱中60℃下烘烤40h,制得预处理后的海绵。
[0038] S2.按照化学计量比Fe:P=1:1,称取0.03molFeCl3、0.03mol(NH4)2HPO4溶解于去离子水中,向FeCl3溶液中加入1.2070g山梨酸及0.1g预处理后的海绵,500转/min下搅拌3h后,将(NH4)2HPO4溶液缓慢滴加到FeCl3溶液中,500转/min下再次搅拌3h,搅拌好的溶液放入到微波反应器中150℃下,反应1.5h。待反应结束后,进行抽滤、洗涤三次,将产物放入马弗炉650℃以5℃的升温速率高温下反应8h,制得FePO4。
[0039] 试验例1
[0040] 对实施例1‑3制得的磷酸铁进行SEM测试,结果如图1‑3。
[0041] 从图1‑3可知,通过SEM观测到实施例1‑3制得的磷酸铁的形貌呈花瓣状,分散性好,尺寸均匀。
[0042] 试验例2
[0043] 测定实施例1‑3和对比例制得的磷酸铁的导电率,结果见表1
[0044] 其中,对比例为共沉淀法制备的磷酸铁。
[0045] 表1
[0046]   对比例 实施例1 实施例2 实施例3‑5 ‑4 ‑3 ‑4
导电率(S/m) 2.54×10 5.46×10 4.43×10 8.15×10
[0047] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0022] 图1为实施例1制得的FePO4的SEM图;
[0023] 图2为实施例2制得的FePO4的SEM图;
[0024] 图3为实施例3制得的FePO4的SEM图。
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