一種二氧化錳及其制備方法與流程

本發明涉及二氧化錳制備，具體涉及一種二氧化錳及其制備方法。

背景技術：

1、隨著新能源技術的不斷進步，特別是富鋰錳基材料和磷酸錳鐵鋰材料在鋰電池領域的廣泛應用，對二氧化錳的需求量呈現出顯著增長的趨勢。二氧化錳作為一種重要的工業原料，廣泛應用于鋰電池正極材料、催化劑、顏料、干電池等多個領域。特別是隨著一次鋅錳干電池的需求不斷增多，二氧化錳在干電池領域的應用也日益重要。

2、然而，目前二氧化錳的制備方法存在一定的局限性。化學制備方法雖然純度高，但成本較高，不利于大規模生產。傳統的電解法制備二氧化錳雖然工藝成熟，但存在槽電壓高、需要加熱電解液至90℃以上、能耗高、純度較低等問題，這些因素限制了其應用范圍。目前，也有技術能夠在80℃左右的溫度來來電解制備二氧化錳，但是其制備的純度較低，如現有技術公開了一種電化學制備二氧化錳粉末的方法，其以將含銨根、硫酸根、過硫酸根或鹵素陰離子的可溶性鹽和含有高錳酸根或者錳酸根的可溶性鹽溶解在去離子水中，形成電解液，在電解液中放入雙石墨電極并接入直流電壓進行電化學反應，反應完的電解液多次清洗獲得的黑褐色粉末進行干燥，可得到二氧化錳，此種方式可在低于90℃的溫度下實現，但制備得到的二氧化錳純度不高。

3、根據理論計算，每噸電解錳可以得到1.58噸二氧化錳。由于產能的增加和下游需求量的減少，電解錳價格逐步下降，如果采用電解錳為原材料生產二氧化錳，將可以得到成本更低、純度更高的二氧化錳，具有良好的經濟和環境效益。因此，開發一種低成本、高純度的二氧化錳的制備方法，對于推廣和應用富鋰錳基材料和磷酸錳鐵鋰材料等領域具有重要的意義。

技術實現思路

1、鑒于背景技術中存在的技術問題，本申請提供了一種二氧化錳及其制備方法，旨在解決二氧化錳的制備方法成本高，且得到的二氧化錳的純度低的技術問題。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種二氧化錳的制備方法，包括以下步驟：

3、將堿金屬氫氧化物、氧化劑、分散劑及添加劑混合得到電解液，并將所述電解液加入電解槽中，以錳為陽極，石墨為陰極進行電解；

4、將電解后的電解液進行固液分離，得到濾渣，其后，將所述濾渣經洗滌及干燥，得到二氧化錳。

5、本申請實施例的技術方案中，通過將原料混合得到電解液，其后，進行電解、固液分離、洗滌和干燥等步驟，操作流程相對簡單，易于實現工業化生產。其中，電解過程中，錳作為陽極材料直接參與反應，有助于提高最終產品的純度，提高錳資源的利用率，減少資源浪費；同時，通過調節電流、電壓等參數，可得到特定規格和性能的二氧化錳。該方法相對環保，電解過程中使用的物質可以在一定程度上循環利用，減少廢棄物排放；且通過堿性條件下電解法制備的二氧化錳在粒度分布、比表面積、活性等方面具有更優異的性能，適用于高性能電池等領域的需求。

6、在一些實施例中，所述堿金屬氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀及氫氧化鋰中的一種或多種；和/或，所述堿金屬氫氧化物的濃度為1.5～3mol/l。

7、該實施例中，通過選擇特定的堿金屬氫氧化物能夠提供適宜的電解液環境，有助于提高電解效率和產品的純度。具體地，當堿性金屬氫氧化物的濃度范圍為1.5～3mol/l，可以優化電解液的導電性和反應速率，提高離子濃度和電流效率。

8、在一些實施例中，所述氧化劑為過硫酸鹽；和/或，所述氧化劑的濃度為0.2～0.5mol/l；所述過硫酸鹽為過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸鋰及過硫酸銨中的一種或多種。

9、該實施例中，使用過硫酸鹽作為氧化劑有助于控制氧化過程，提高二氧化錳的生成速率和純度。在0.2～0.5mol/l的濃度范圍內，過硫酸鹽的氧化能力可以得到較好的控制，減少副反應的發生，提高反應的選擇性，同時過硫酸鹽在該濃度范圍內具有較高的穩定性，不易分解，保證了電解過程的穩定性。此外，通過控制過硫酸鹽的濃度，還可以避免過量使用，降低原料成本，提高經濟效益。選擇合適的過硫酸鹽可以提高氧化效率，優化產品質量。

10、在一些實施例中，所述分散劑為聚合物或陰離子表面活性劑；和/或，所述分散劑的濃度為0.2～2g/l。所述聚合物為聚乙二醇、聚乙烯醇及聚丙烯酰胺中的一種；所述陰離子表面活性劑為烷基苯磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉。

11、該實施例中，聚合物(如聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺)或陰離子表面活性劑(如烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉)作為分散劑，濃度為0.2～2g/l，可以有效的分散電解出的二氧化錳，防止生成的二氧化錳顆粒團聚，提高產品的分散性和比表面積。

12、在一些實施例中，所述添加劑為氯離子鹽；和/或，所述添加劑的濃度為0.1～0.5g/l。所述氯離子鹽為氯化鈉、氯化鉀及氯化鋰中的一種或多種。

13、該實施例中，添加氯離子鹽(如氯化鈉、氯化鉀、氯化鋰)，濃度為0.1～0.5g/l，有助于改善電解液的電導率或作為電解過程中的輔助催化劑，進一步提高電解效率和產品品質，可以有效的降低能耗和二氧化錳的一次粒徑。

14、在一些實施例中，所述電解槽的電壓為1.2～1.8v，電流密度為30～60a/m2；和/或，所述電解槽的極板間距為5～10cm，電解溫度<90℃。

15、該實施例中，電壓控制在1.2～1.8v，有助于提供適宜的電解電位，促進二氧化錳的形成，同時避免過高的電壓導致能源浪費或副反應。電流密度30～60a/m2和極板間距5～10cm的設定，有助于優化電解槽內的電場分布，提高電解效率。電解溫度為25～40℃，有助于控制反應速率和避免高溫可能導致的副反應或產品分解，同時確保操作安全。

16、第二方面，本申請實施例提供了一種二氧化錳，所述二氧化錳的粒徑為5～50μm，純度大于或等于99.1％。

17、在本申請實施例的技術方案中，精確控制粒徑有助于滿足不同應用場景對材料性能的具體要求。純度大于或等于99.1％的二氧化錳意味著產品中含有極少的雜質，這對于提高電池的循環穩定性和使用壽命至關重要。雜質的存在可能會引起電池內部不必要的副反應，降低電池的整體性能。高純度二氧化錳還可以減少在電池制造過程中可能出現的質量問題，提高電池的安全性和可靠性。

18、上述說明僅是本申請技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本申請的具體實施方式。

技術特征：

1.一種二氧化錳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述堿金屬氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀及氫氧化鋰中的一種或多種；和/或

3.根據權利要求1所述的二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述氧化劑為過硫酸鹽；和/或

4.根據權利要求3所述的二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述過硫酸鹽為過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸鋰及過硫酸銨中的一種或多種。

5.根據權利要求1所述的二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述分散劑為聚合物或陰離子表面活性劑；和/或

6.根據權利要求5所述的二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述聚合物為聚乙二醇、聚乙烯醇及聚丙烯酰胺中的一種；和/或

7.根據權利要求1所述的二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述添加劑為氯離子鹽；和/或

8.根據權利要求7所述的二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述氯離子鹽為氯化鈉、氯化鉀及氯化鋰中的一種或多種。

9.根據權利要求1所述的二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述電解槽的電壓為1.2～1.8v，電流密度為30～60a/m2；和/或

10.根據權利要求1～9任意一項所述制備方法制備的二氧化錳，其特征在于，所述二氧化錳的粒徑為5～50μm，純度大于或等于99.1％。

技術總結
本申請提供了一種二氧化錳及其制備方法，屬于二氧化錳制備領域，其中，二氧化錳的制備方法包括以下步驟：將堿金屬氫氧化物、氧化劑、分散劑及添加劑混合得到電解液，并將所述電解液加入電解槽中，以錳為陽極，石墨為陰極進行電解；將電解后的電解液進行固液分離，得到濾渣，其后，將所述濾渣經洗滌及干燥，得到二氧化錳。本申請有利于得到純度更高的二氧化錳，該方法使用的原料相對便宜，且電解過程能夠循環使用部分原料，降低了生產成本；在堿性條件下電解生成二氧化錳，通過控制電解條件和添加劑的種類及比例，可以有效地控制二氧化錳的粒度和純度，得到比表面積更大的二氧化錳，并提高二氧化錳的生產效率，適用于大規模工業化生產。

技術研發人員：王勤,彭堂平,王偉,呂飛
受保護的技術使用者：湖北萬潤新能源科技股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13