專利名稱：一種高活性釩電池電極材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池制造及能量存儲(chǔ)領(lǐng)域，具體為一種高活性釩電池電極材料制備方法。
背景技術(shù)：
全釩氧化還原液流電池(釩電池)是利用不同價(jià)態(tài)的釩離子間的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化的二次能源系統(tǒng)。其特點(diǎn)是無排放污染、容量可調(diào)、循環(huán)壽命長、可深度大電流密度放電、充電迅速、能量轉(zhuǎn)化率高。釩電池作為儲(chǔ)能電源主要應(yīng)用在電站調(diào)峰、大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換、風(fēng)能發(fā)電的儲(chǔ)能電源以及作為邊遠(yuǎn)地區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)，不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)。目前，碳素類材料是釩電池使用最多的電極材料，但該類材料的電極反應(yīng)活性較低，嚴(yán)重影響了釩電池的電池性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題，提出一種高活性釩電池電極材料制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中碳素類材料電極反應(yīng)活性較低，影響了釩電池的電池性能等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種高活性釩電池電極材料制備方法，以天然鱗片狀石墨粉為基料，氧化石墨粉為活性添加劑，聚四氟乙烯乳液為分散介質(zhì)，在攪拌下使天然鱗片狀石墨粉、氧化石墨粉和聚四氟乙烯乳液充分混合，制備成膏狀物，然后將膏狀物涂于不銹鋼板上，于烘箱中烘干成型。本發(fā)明所采用各組分的重量百分含量為氧化石墨粉2 15 ；天然鱗片狀石墨粉 75 88 ；聚四氟乙烯乳液10 (固體重量百分含量為5 50)；以上各組分重量之和滿足100。本發(fā)明中，天然鱗片狀石墨粉為市售，粒徑為10μπι-500μπι。本發(fā)明中，氧化石墨粉采用常規(guī)Hummers方法制備，所獲得氧化石墨中的C/0的原子比范圍為5 2，其中最佳范圍為4 2. 5。本發(fā)明中，聚四氟乙烯(PTFE，Poly tetra fluoro ethylene)乳液中的聚四氟乙烯固體重量百分含量為5 50，其中最佳范圍為10 40。本發(fā)明中，攪拌速度為勻速，速度范圍為100 2000轉(zhuǎn)/分，最佳范圍為500 1800轉(zhuǎn)/分。攪拌時(shí)間為0. 5-10小時(shí)，最佳時(shí)間為1 8小時(shí)。本發(fā)明中，不銹鋼板的材質(zhì)為316不銹鋼，不銹鋼板上涂膏的厚度為0. 5 10mm， 最佳厚度為l_8mm。本發(fā)明中，烘箱中的烘干溫度為20 100°C，最佳溫度為30 90°C，烘干至重量不變。本發(fā)明的制備方法如下1、按上述比例將氧化石墨粉、天然鱗片狀石墨粉和聚四氟乙烯乳液一同加入到容器中，用分散機(jī)充分勻速攪拌，制成膏狀物。2、將膏狀物均勻涂于316不銹鋼板兩側(cè)，制備成電極。3、將涂好的電極放于烘箱中，烘干成型。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明制備的電極材料，具有較好的電化學(xué)活性，尤其對于釩電池正極反應(yīng)，可提高峰電流1.5 2倍。2、本發(fā)明的電極材料制備工藝，工藝簡單，可進(jìn)行工程化應(yīng)用，開拓了釩電池用電極制備的新途徑。


圖1為本發(fā)明所使用的氧化石墨粉OVO原子比=3)的SEM圖。圖2為實(shí)施例1 實(shí)施例4的電極材料的循環(huán)伏安圖，其中峰電流值越大，則表明電極活性越高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本實(shí)施例各組分的重量為氧化石墨粉5g(C/0原子比=3);天然鱗片狀石墨粉85g (粒徑為50 μ m)；聚四氟乙烯乳液 IOg(聚四氟乙烯固體重量百分含量為30)；將三者總重量為100g，勻速攪拌速度800轉(zhuǎn)/分，攪拌Ih制成膏狀物。將膏狀物涂于316不銹鋼板上，兩側(cè)涂膏厚度為3mm，于烘箱中50°C烘干至重量不變，進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)，得出釩電池正極反應(yīng)的峰電流值。如圖1所示，氧化石墨粉采用常規(guī)Hummers方法制備，參見文獻(xiàn)(W. Hummers， R. Off man, J. Am. Chem. Soc. 80(1958) 1339.)，本實(shí)施例中 C/0 的原子比為 3，Hummers 方法制備氧化石墨粉的優(yōu)點(diǎn)在于利用濕化學(xué)的方法將石墨氧化，并能獲得較高的氧化率。實(shí)施例2本實(shí)施例各組分的重量為氧化石墨粉IOg (C/0原子比=2.6)；天然鱗片狀石墨粉80g (粒徑為100 μ m)；聚四氟乙烯乳液 IOg(聚四氟乙烯固體重量百分含量為40)；將三者總重量為100g，勻速攪拌速度1000轉(zhuǎn)/分，攪拌池制成膏狀物。將膏狀物涂于316不銹鋼板上，兩側(cè)涂膏厚度為5mm，于烘箱中60°C烘干至重量不變，進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)，得出釩電池正極反應(yīng)的峰電流值。實(shí)施例3本實(shí)施例各組分的重量為
氧化石墨粉15g(C/0原子比=3.5)；天然鱗片狀石墨粉75g (粒徑為300 μ m)；聚四氟乙烯乳液 IOg(聚四氟乙烯固體重量百分含量為45)；將三者總重量為 100g，勻速攪拌速度1200轉(zhuǎn)/分，攪拌池制成膏狀物。將膏狀物涂于316不銹鋼板上，兩側(cè)涂膏厚度為8mm，于烘箱中70°C烘干至重量不變，進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)，得出釩電池正極反應(yīng)的峰電流值。實(shí)施例4本實(shí)施例各組分的重量為氧化石墨粉8g(C/0原子比=3· D ;天然鱗片狀石墨粉82g (粒徑為300 μ m)；聚四氟乙烯乳液 IOg(聚四氟乙烯固體重量百分含量為25)；將三者總重量為100g，勻速攪拌速度1800轉(zhuǎn)/分，攪拌Ih制成膏狀物。將膏狀物涂于316不銹鋼板上，兩側(cè)涂膏厚度為2mm，于烘箱中80°C烘干至重量不變，進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)，得出釩電池正極反應(yīng)的峰電流值。實(shí)施例1 實(shí)施例4的循環(huán)伏安圖列于附圖2，所得正極反應(yīng)峰電流值列于表1， 可以看出均提高的2倍左右，具有較好的電化學(xué)活性。表1 循環(huán)伏安測試所得的正極反應(yīng)的峰電流值
權(quán)利要求
1.一種高活性釩電池電極材料制備方法，其特征在于以天然鱗片狀石墨粉為基料， 氧化石墨粉為活性添加劑，聚四氟乙烯乳液為分散介質(zhì)，在攪拌下使天然鱗片狀石墨粉、氧化石墨粉和聚四氟乙烯乳液充分混合，制備成膏狀物，然后將膏狀物涂于不銹鋼板上，于烘箱中烘干成型，制備釩電池電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性釩電池電極材料制備方法，其特征在于，各組分的重量百分含量為氧化石墨粉2 15 ；天然鱗片狀石墨粉 75 88 ；聚四氟乙烯乳液10;以上各組分重量之和滿足100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高活性釩電池電極材料制備方法，其特征在于以氧化石墨粉為活性添加劑，氧化石墨粉采用Hummers方法制備，氧化石墨中的C/0的原子比范圍為5 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高活性釩電池電極材料制備方法，其特征在于天然鱗片狀石墨粉為市售，粒徑為10μπι-500μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高活性釩電池電極材料制備方法，其特征在于聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯固體重量百分含量為5 50。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性釩電池電極材料制備方法，其特征在于攪拌速度為勻速，速度范圍為100 2000轉(zhuǎn)/分，攪拌時(shí)間為0. 5-10小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性釩電池電極材料制備方法，其特征在于不銹鋼板的材質(zhì)為316不銹鋼，不銹鋼板上涂膏的厚度為0. 5 10mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性釩電池電極材料制備方法，其特征在于烘箱中的烘干溫度為20 100°C，烘干至重量不變。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池制造及能量存儲(chǔ)領(lǐng)域，具體為一種高活性釩電池電極材料制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中碳素類材料電極反應(yīng)活性較低，影響了釩電池的電池性能等問題。以天然鱗片狀石墨粉為基料，氧化石墨粉為活性添加劑，聚四氟乙烯乳液為分散介質(zhì)，在攪拌下使天然鱗片狀石墨粉、氧化石墨粉和聚四氟乙烯乳液充分混合，制備成膏狀物，然后將膏狀物涂于不銹鋼板上，于烘箱中烘干成型，制備釩電池電極材料。該方法有效地利用了氧化石墨粉對電極反應(yīng)的催化活性，制備出了活性高的餓釩電池電極材料，工藝簡單，成本低廉，使電極反應(yīng)的活性峰電流值提高了1倍。
文檔編號H01M4/88GK102468493SQ20101053622
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者嚴(yán)川偉, 劉建國, 李文躍 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所