一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111740121A(43)申请公布日2020.10.02(21)申请号202010629986.4(22)申请日2020.07.03(71)申请人朱义奎地址433000湖北省仙桃市沔阳大道特1号(72)发明人朱义奎(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)H01M4/96(2006.01)C01B32/21(2017.01)H01M8/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法(57)摘要本发明提供一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，属于绿色能源材料领域，将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将石墨毡浸泡在硅酸乙酯和乙二醇的水溶液中，超声波震荡，随后静置，待形成凝胶后，取出石墨毡，在真空炉中煅烧，空冷后，得到电化学活性高的钒电池硅掺杂石墨毡改性电极材料。本发明的钒电池石墨毡电极材料经过硅掺杂改性以后，硅质量掺杂量为5.5～9.3％、吸水率提高486～578％、比表面积提高55～68％，在200mA/cm2的电流密度下，改性后的石墨毡用做钒电池电极后的能量效率，在使用温度为45～47℃时，仍能保持在使用温度10～35℃时能量效率的76～88％。CN111740121ACN111740121A权利要求书1/1页1.一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其特征在于，将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将石墨毡浸泡在硅酸乙酯和乙二醇的水溶液中，超声波震荡，随后静置，待形成凝胶后，取出石墨毡，在真空炉中煅烧，空冷后，得到电化学活性高的钒电池硅掺杂石墨毡改性电极材料。2.根据权利要求1所述的一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈基石墨毡裁剪为5cm×10cm尺寸大小，用去离子水冲洗一遍，然后浸泡在去离子水中超声清洗15～30分钟；(2)取出聚丙烯腈基石墨毡，放在45℃的烘箱中烘干；(3)用去离子水和硅酸乙酯试剂配制摩尔浓度为0.3～0.8mol/L的硅酸乙酯溶液A，搅拌均匀；(4)将乙二醇逐滴滴加到硅酸乙酯溶液A中，边加边超声震荡，得到硅酸乙酯混合溶液B；(5)将烘干的聚丙烯腈基石墨毡浸入溶液B中，在30～50℃条件下继续超声震荡5～10分钟，然后静置30～60分钟，溶液B变成溶胶C；(6)待溶胶C变为清澈透明的凝胶后，取出聚丙烯腈基石墨毡，放入真空炉中，在105℃条件下预热处理5～10分钟，随后在450～600℃条件下煅烧2～4小时，空冷后得到用于钒电池的硅掺杂改性石墨毡电极材料。3.根据权利要求1～2所述的一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其特征在于，改性后的石墨毡上掺杂了硅元素，质量掺杂量为5.5～9.3％。4.根据权利要求1～2所述的一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其特征在于，改性后的石墨毡电极材料吸水率比改性前提高486～578％。5.根据权利要求1～2所述的一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其特征在于，改性后的石墨毡电极材料后的比表面积，比没改性的石墨毡电极材料提高了55～68％。6.根据权利要求1～2所述的一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其特征在于，改性后的石墨毡用做钒电池电极后的能量效率，在200mA/cm2的电流密度下，在使用温度为45～47℃时，改性后的石墨毡用做钒电池电极后的能量效率，仍能保持在使用温度10～35℃时能量效率的76～88％。2CN111740121A说明书1/4页一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法技术领域[0001]本发明涉及一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，属于绿色能源材料领域。背景技术[0002]全球世界经济的迅猛发展消耗大量的化石能源，造成自然资源的日益枯竭，因此要求尽快寻找可再生能源及清洁能源，钒电池具有功率密度高、充电迅速等优异特性，而作为能源改革的重要支撑技术，并引起越来越多人的关注。[0003]电极材料的性质直接影响钒电池的性能优劣，石墨毡因为加工方便，损耗小，有逐渐取代传统金属电极的趋势，但是石墨毡电极使用时存在与电解液的润湿性差，电化学活性位点少，使用温度范围窄等技术难题。发明内容[0004]针对上面提到的技术问题，本发明提供一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，以聚丙烯腈基石墨毡为钒电池的基本电极材料，将硅酸乙酯溶胶超声分散在石墨毡中，静置形成凝胶后，取出石墨毡，在真空炉中煅烧，空冷后，得到电化学活性高的钒电池硅掺杂石墨毡改性电极材料。[0005]本发明的技术方案如下：[0006]将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将石墨毡浸泡在硅酸乙酯和乙二醇的水溶液中，超声波震