[发明专利]一种利用酸洗铁红回收处理得到锂-空气电池正极材料的方法

说明书

本发明提供了一种利用酸洗铁红回收处理得到锂‑空气电池正极材料的方法，具体制备步骤为：(1)将工业废渣中的酸洗铁红研磨并过筛，放入瓷舟中；(2)向管式炉内通还原气体与惰性气体的混合气体，将瓷舟放入管式炉中，煅烧1h‑3h；自然冷却至室温得到黑色Fe₃O₄粉末；(3)将黑色Fe₃O₄粉末转移到马弗炉中，在空气氛围中氧化1‑3h；待冷却至室温得到棕色γ‑Fe₂O₃粉末；(4)将黑色Fe₃O₄粉末和棕色γ‑Fe₂O₃粉末混合，得到所述锂‑空气电池正极材料。本发明制备的酸洗铁红回收物质电化学性能优良，比表面积高，应用于锂‑空气电池之中拥有较高的比容量以及循环性能，且制备方法简单，成本低，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及新能源储能材料领域，尤其是涉及一种酸洗铁红的回收处理方法及其在锂-空气电池正极材料中的应用。

背景技术

近年来化石燃料的使用逐渐出现瓶颈，于是人们开始着眼于高性能电池的开发。但传统的锂离子电池受限于有限的比容量，无法为大型设备提供长久的续航保障。而非水系的锂-空气电池由于其潜在的高能量密度而被视为下一代能量存储系统，理论比能量密度为5210Wh kg^-1，超过了任何其他现有的存储系统，锂-空气电池致力于发展成为一种可持续且清洁的储能系统来更好的造福人类。

工业废料中的酸洗铁红是指钢铁生产过程中采用酸洗来去除钢板表面的氧化铁皮，在回收酸洗废液的过程中得到的一种副产物。它的主要化学成分是α-Fe₂O₃，质量好，纯度超过98％，其余2％为Mn、Cl、Si等元素。

CN108695512A提供了一种酸洗铁红作为锂离子电池负极材料的用途，其主要通过机械研磨细化酸洗铁红，并加入氢氧化钠水溶液，同时通过水热法制备改性的酸洗铁红，其工艺流程较多，不便于大型商业化应用。同时使用以上方法制备的负极材料性能的好坏主要受制于水热时间的影响。本质上锂离子电池负极材料，主要依赖于锂离子的嵌入和脱嵌的能力，以及活性位点的多少。然而锂-空气电池的正极为空气中的氧气，设计的材料主要作为正极催化剂使用。

CN110021747A提供了一种以酸洗铁红作为铁源，用于制备磷酸铁锂正极材料的方法，其主要是将酸洗铁红与锂源、磷源、碳源混合煅烧。该技术仅使用了酸洗铁红中的铁元素，其提供的XRD物相分析图谱中主相为磷酸铁锂材料，对酸洗铁红的回收再利用程度比较低。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种酸洗铁红的回收处理方法及其应用。本发明制备的酸洗铁红回收物质电化学性能优良，比表面积高，应用于锂-空气电池之中拥有较高的比容量以及循环性能，且制备方法简单，成本低，适合大规模生产。

本发明的技术方案如下：

一种利用酸洗铁红回收处理得到锂-空气电池正极材料的方法，具体制备步骤为：

(1)将工业废渣中的酸洗铁红取出，将酸洗铁红研磨并过180-240目筛网后备用，然后放入瓷舟中；

(2)预先向管式炉内通还原气体与惰性气体的混合气体，将步骤(1)所述瓷舟放入管式炉中，升温至350℃-400℃后煅烧1h-3h；待管式炉自然冷却至室温得到黑色Fe₃O₄粉末；

(3)将部分盛有黑色Fe₃O₄粉末的瓷舟转移到马弗炉中，在200℃-300℃的空气氛围中氧化1-3h；待冷却至室温得到棕色γ-Fe₂O₃粉末；