[發明專利]碳素類電極材料處理劑及用該處理劑處理電極材料的方法

有效

• 申請號: 201010197824.4
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101859903A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 陳若媛;劉素琴;黃可龍;任志;張慶華;李虹云;劉維維
• 申請（專利權）人: 湖南維邦新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/96;H01M8/18
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及液流電池領域，更具體地，涉及碳素類電極材料處理劑及用該處理劑處理電極材料的方法。

背景技術

碳素類的石墨氈或碳氈作為電極材料時，其具有電阻率低、比表面積大、在具有強酸性和強氧化性的釩電池電解液的體系中穩定性好，且價格低廉的優點，但是該類電極的親水性和電化學活性較差。目前對這種電極有很多的表面改性方法，如金屬離子修飾、電化學氧化法、酸處理、熱處理等方法。

電化學氧化法、酸處理、熱處理都是對石墨氈電極表面的一種氧化過程，可提高電極表面C-OH、CO、-COOH等含氧官能團的數量，改善電極表面對電池活性物質的浸潤能力，提高電極表面對活性物質的吸附能力，強化電化學反應。但是這些方法都存在一些缺點：酸處理對電化學活性改善效果不明顯；熱處理操作彈性小，氧化反應不易控制，且會加重負極的析氫反應；電化學氧化法目前使用硫酸為電解液，會導致纖維表面氧化反應較劇烈，加之酸性介質對氧化降解反應的促進效應，碳纖維表面腐蝕現象嚴重，降低電極的機械強度，且會產生酸霧。而對于金屬離子修飾方法而言，很多金屬離子修飾的步驟復雜，且會提高析氫電位，如Mn²⁺、Co²⁺、Ir修飾電極提高電化學性能的同時也使負極析氫反應嚴重，采用Pd²⁺、Au⁴⁺、Pt⁴⁺對石墨氈表面進行修飾，電極反應不穩定，有氫氣析出，而且銥、鈀和鉑都是貴金屬，價格昂貴，不利于大規模商業化應用。

碳素類電極(石墨氈/碳氈等)的電化學活性不高，現有的表面改性方法能提高電極的電化學活性，但同時也提高了負極析氫電位，使析氫副反應增加。如何在提高碳素類電極電化學活性的同時，卻不提高負極的析氫電位，成為電池領域中科研人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳素類電極材料處理液，以克服現有技術的不足，使用該處理液處理電極材料，可提高電極材料的電化學活性，提高負極電對的可逆性，降低負極電極的析氫電位，同時還能顯著提高使用該處理后電極的電池的充放電性能。

為此，本發明提供的碳素類電極材料處理劑包括如下原料：稀土化合物、乙二胺四乙酸，以及適量的溶劑，其中稀土化合物占處理劑總重量的1-5％，乙二胺四乙酸占處理劑總重量的0.5-3％。

在本發明提供的具體實施例中，所述稀土化合物可以是氯化鑭、氧化鑭、硝酸釔或者氧化鈰，采用的溶劑選自由乙醇、硫酸、去離子水(下文以H₂O表示)和硝酸組成的組中的一種或多種。

本發明提供的處理劑還可以進一步包括0-3％的氯化銨和/或者0-3％的尿素。

本發明提供的具體實施例中，該處理劑由氧化鈰(CeO₂)2.682％，H₂O?53.648％，乙醇42.328％以及乙二胺四乙酸1.342％組成；或者該處理劑由氧化鑭2.817％，H₂O?89.206％，乙二胺四乙酸0.939％以及乙醇7.038％組成；或者所述處理劑由硝酸釔(Y(NO₃)₃·6H₂O)1％，H₂O?95％，乙二胺四乙酸1％，濃硫酸1％以及尿素2％組成；或者由氯化鑭3％，乙醇90％，氯化銨3％，濃硝酸0.5％，尿素3％以及乙二胺四乙酸0.5％組成該處理劑。

本發明還提供了一種碳素類電極材料的處理方法，該方法采用本發明提供的處理劑在常溫下浸泡所述碳素類電極材料，通常可浸泡3-10小時，然后將浸泡后的電極材料在60-100℃烘干，烘干后用去離子水清洗，再干燥烘干，即可得到處理后的電極材料。

本發明還提供了一種電池，其采用釩離子硫酸溶液作為電解液，由經過本發明提供的處理劑處理過的電極材料作電極，該電極材料既可以作為電池的正極，也可以作為電池的負極。

本發明提供的電池的電極經過了本發明提供的電極材料處理方法的處理。

使用本發明提供的碳素類電極材料處理液處理碳素類電極材料，能提高碳素類電極材料的電化學活性，提高負極電對的可逆性，降低負極電極的析氫電位。同時能顯著提高電池的充放電性能。同時，本發明提供的碳素類電極材料處理方法，簡單易行，不需要大型設備的支持，便于推廣應用。

附圖說明

圖1為處理前后的石墨氈電極在釩電池負極電解液中的循環伏安圖。

圖2為處理前后的石墨氈在釩電池正極電解液中的循環伏安圖。