一种制备全钒液流电池用电极材料的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102522568A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102522568A(43)申请公布日2012.06.27(21)申请号201110413738.7(22)申请日2011.12.10(71)申请人中国科学院金属研究所地址110016辽宁省沈阳市沈河区文化路72号(72)发明人刘建国李文跃严川伟(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)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书88页页附图附图11页(54)发明名称一种制备全钒液流电池用电极材料的方法(57)摘要本发明涉及电池制造及能量存储领域，具体为一种制备全钒液流电池用电极材料的方法。首先配制实验所需的复合纺丝液，然后将具有电极催化性的碳纳米管，氧化石墨，过渡金属氧化物或是过渡金属的硝酸盐或卤化盐等与复合纺丝液混合均匀，通过静电纺丝的方法，制备出所需要的原电极材料，后利用真空/气氛炉对电极材料前驱体进行预氧化(温度200-500℃)，在惰性气氛中碳化(温度800-1500℃)，得到所需要的电极材料。对所得到的电极材料进行清洗、烘干后，即可进行电池的充放电测试。采用本发明的方法制备的钒电池电极材料，碳纤维直径在纳米级别，比表面积相比于传统使用过的电极材料大大增加，由于后期的预氧化处理，使得纤维表面的含氧量也很大的提高。CN102568ACN102522568A权利要求书1/2页1.一种制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，包括以下的步骤和工艺方法：1)复合纺丝液的制备：将聚丙烯腈或是聚乙二醇以一定的比例加入到氮、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100000-200000，聚乙二醇的平均分子量为2000-10000，聚丙烯腈或是聚乙二醇与氮、氮二甲基甲酰胺的质量百分比为5∶95～20∶80，水浴温度为20-80℃；2)将具有电极催化活性的电极催化剂：碳纳米管、氧化石墨、过渡金属氧化物或是过渡金属的盐中的一种或是一种以上按照一定的比例加入到1)所述的复合纺丝液中，通过搅拌或是超声的方式使其均匀分散于复合纺丝液中；其中，过渡金属氧化物包括氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铋或氧化锡，过渡金属的盐为以上金属的硝酸盐或是卤化盐；所加入电极催化剂与聚丙烯腈或是聚乙二醇的质量百分比为1∶99-10∶99；3)将2)得到的复合纺丝液经过静电纺丝的技术得到电极材料前驱体；4)将3)所得到的电极材料前驱体经过气氛炉进行预氧化及碳化；其中，预氧化温度为200-500℃，时间为1小时～3小时；碳化温度为800-1500℃，时间为1小时-10小时，惰性保护气氛为氮气或是氩气；5)将4)所得到电极材料直接用去离子水清洗或是超声清洗；其中，超声时间为5分钟～30分钟。2.根据权利要求1所述的制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，步骤1)中，聚丙烯腈或是聚乙二醇在氮、氮二甲基甲酰胺中的搅拌时间为0.5-24小时。3.根据权利要求1所述的制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，步骤2)中，电极催化剂在复合纺丝液中搅拌时间为1-24小时，超声时间为0.5-10小时。4.根据权利要求1所述的制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，步骤2)中，过渡金属氧化物包括氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铋、氧化锡，过渡金属的盐为以上金属的硝酸盐或是卤化盐，碳纳米管为单壁、双壁或多壁碳纳米管中的一种或一种以上混合，氧化石墨烯为全部氧化或是部分氧化石墨烯的一种。5.根据权利要求1所述的制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，步骤3)中，静电纺丝工艺的参数为：针头的针孔直径为0.5-2毫米，注射器的容量为20-500毫升，注射器控制的注射流量为0.2-5毫升/小时。6.根据权利要求5所述的制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，针头与集流板间的电压为10-40kV，针头与集流板之间的距离为10-30厘米。7.根据权利要求6所述的制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，集流板为炭纸、石墨纸、炭布中的一种，炭纸、石墨纸的集流体的厚度为30-300微米，炭布为100-1000微米。8.根据权利要求1所述的制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，步骤4)中，预氧化处理的升温速度为2-25℃/分钟，碳化处理的升温速度为2-25℃/分钟，惰性保护气氛中气体的流量为20-100毫升/分钟。9.根据权利要求1所述的制备全钒液流电池用电极材料的方法，其特征在于，步骤5)2CN102522568A权利要求书2/2页清洗之后的电极材料，在真空干燥箱中或是鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为60-100℃，处理时间为24-48小