一种全钒液流电池电极材料的制备方法.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CN107039659A(43)申请公布日2017.08.11(21)申请号201710259961.8D06C7/04(2006.01)(22)申请日2017.04.20B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)(71)申请人沈阳农业大学地址110866辽宁省沈阳市沈河区东陵路120号55信箱(72)发明人陈富于马庆帮刘庆玉金虹(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234代理人张志伟(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)D01D5/00(2006.01)D04H1/43(2012.01)D04H1/728(2012.01)D06B15/00(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图1页(54)发明名称一种全钒液流电池电极材料的制备方法(57)摘要本发明涉及电池制造及能量存储领域，具体为一种全钒液流电池电极材料的制备方法。首先以碱性木质素为试材，利用碱性木质素结构中酚羟基活性官能团，将羟甲基化碱性木质素部分替代间苯二酚在催化剂作用下与甲醛合成有机凝胶，以该凝胶为前躯体，配制实验所需的前驱体纺丝液，通过静电纺丝的方法，制备出纤维原丝电极材料，利用真空/气氛炉对电极材料前驱体进行预氧化，在惰性气氛中碳化，得到碳纤维电极材料。采用本发明方法制备的钒电池碳纤维电极材料，纤维直径在纳米级别，比表面积相比于传统碳毡类电极材料大大增加，由于后期的预氧化处理，纤维表面的含氧量也有很大的提高，可用于钒电池碳纤维电极材料的制备。CN107039659ACN107039659A权利要求书1/1页1.一种全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于：包含前躯体的制备、纺丝液的制备、静电纺丝、预氧化及碳化、清洗干燥五个步骤，前躯体以碱性木质素为基材，将木质素溶解到碱溶液中，加入甲醛、间苯二酚，在金属盐催化剂的作用下搅拌至形成有机凝胶，经封闭陈化、粉碎，得前躯体有机干凝胶；其中，碱性木质素的平均分子量为1000～20000，碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水，金属盐催化剂为钴盐、镍盐或铁盐。2.根据权利要求1所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于，在前躯体的制备过程中，将木质素溶解到碱溶液中，木质素与碱溶液的质量比例为5：1～50：1，加入甲醛后搅拌均匀，调节pH值为8～14。3.根据权利要求1所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于，在前躯体的制备过程中，碱性木质素与间苯二酚的摩尔比为2：1～1：20，碱性木质素+间苯二酚与甲醛的摩尔比为1：2～1：50，碱性木质素+间苯二酚与金属盐催化剂的摩尔比为20：1～100：1。4.根据权利要求1所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于，在前躯体的制备过程中，搅拌至形成有机凝胶的搅拌时间为0.5～24h。5.根据权利要求1所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于，在纺丝液的制备过程中，将粉碎后的前躯体有机干凝胶与聚丙烯腈加入到氮、氮二甲基甲酰胺有机溶液中，水浴条件下搅拌均匀；其中，聚丙烯腈的平均分子量为80000～200000，有机干凝胶与聚丙烯腈的质量比例为5：95～90：10，有机干凝胶+聚丙烯腈与氮、氮二甲基甲酰胺的质量比例为5：95～20：80，水浴温度为20～80℃。6.根据权利要求1所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于，在静电纺丝过程中，将2)得到的前躯体纺丝液经静电纺丝技术制得电极材料前驱体纤维原丝；静电纺丝的工艺参数为：针头的针孔直径为0.3～2mm，注射器的容量为20～500mL，注射器控制的注射流量为0.2～5mL/h。7.根据权利要求6所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于，针头与转辊之间的电压为10～40kV，针头与转辊之间的距离为10～30cm，转辊的转速为0～3000r/min，纺丝温度为15～30℃，纺丝湿度为20～50％RH。8.根据权利要求1所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于，在预氧化及碳化过程中，预氧化温度为200～500℃，时间为1～3h，预氧化处理的升温速度为2～20℃/min；碳化温度为800～1500℃，时间为1～10h，碳化处理的升温速度为2～20℃/min；预氧化及碳化在惰性保护气氛中进行，惰性保护气氛中气体的流量为20～150mL/min。9.根据权利要求1所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于，在清洗干燥过程中，将清洗之后的电极材料，在真空干燥箱或鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为60～100℃，处理时间为24～48h，干燥之后的电极材料厚度在0.1～5mm。10.根据权利要求1～9之一所述的全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征