[發明專利]高性能釩電池用石墨氈的生產方法

在審

• 申請號: 201810528428.1
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108598500A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 劉東影;李波;邢陽陽;張榮路;李向東;董越;李曉松
• 申請（專利權）人: 遼寧金谷炭材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/96
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司 21101
• 代理人: 楊濱

本發明涉及一種高性能釩電池用石墨氈的生產方法，具體為在高性能石墨氈生產過程中，選用連續燒結爐和連續活化爐串聯生產工藝，預氧氈依次進入連續燒結爐和連續活化爐進行燒結和活化。在燒結爐生產過程中，當催化劑二茂鐵在爐膛變為氣體形式時，被通入的惰性保護氣體帶入，進而與原料氈揮發出的短鏈烴、無定型炭等碳源發生反應，在炭氈表面形成碳納米管即達到實驗目的。當改性后的石墨氈進入連續活化爐活化時，通入水蒸氣或其他氣體參與活化反應，即得到高性能石墨氈產品。該方法簡單可行，易于操作，生產成本低，不產生額外的廢液或廢氣，環保性強，為高性能石墨氈的批量生產做了進一步的努力和創新。

技術領域

本發明屬于電極材料生產方法技術領域，具體地說是一種高性能釩電池用石墨氈的生產方法。

背景技術

近幾年來,以風力發電，水力發電，太陽能為代表的新型綠色能源及科學應用引起了國內外學者的廣泛關注，如何將這些能源高效存儲并應用成為現階段比較熱的一項研究。在諸多的儲能技術當中，電化學儲能以其優越的條件，地域要求不限、能量存儲效率高等優點受到世界各國研究者的重視和青睞。與其他儲能電池相比，釩電池的優點有很多，比如循環壽命長、能量轉化率高、容量大、綠色環保、設計靈活等優點，不僅適用于大規模能量存儲，在電網調峰、平滑輸出等方面也非常適合，在當前蓄能電池領域的發展前景勢不可擋。釩電池是當今世界上已成功用于電站調峰的化學電源，能量轉換效率高達85%以上，成本低廉，維護簡便，理論上可以做到充電、放電時間相等。

作為釩電池的重要組成部分之一的電極材料——石墨氈，具有良好的導電性，較大的孔隙率增加了比表面積，耐腐蝕性強等優點。近年來，為了進一步提高釩電池電極材料的電化學活性，石墨氈的改性處理受到了研究者的廣泛關注。

碳納米管以其獨特的物理結構和性質，比表面積大、結晶度高、導電性好，已在很多領域顯示出優異的性能，因而將其應用在釩電池中得到了學者們的熱切的關注。

申請號為201110035013.9，公布日為2011.07.27 的中國專利公開了一種全釩液流電池電極用石墨氈的改性方法，首先使用空氣氧化法對石墨氈進行處理，然后再使用過氧化氫或芬頓試劑對經過空氣氧化法處理的石墨氈進行改性。但上述生產方法存在以下缺陷：生產周期過長，原料受熱不均易導致部分溫度過高而燒蝕，難以保證成品質量，不但浪費了資源，而且導致生產效率低下，推高了生產成本；所得成品電極比表面積小，使用壽命短，而由該電極制備的釩電池阻值大充放電流小，電化學活性低，電池性能低下，且難以保證長時間過載使用。

申請號為201210506774.2，公布日為2013.04.24的中國專利公開了一種釩電池用炭氈的處理方法，首先將炭氈堿洗干燥，用硫酸中氧化活化數小時，再水洗，即得到活化后的炭氈。但該方法存在一定的缺陷，所用試劑為濃硫酸，有嚴重的腐蝕性，不利于操作，存在一定的隱患；其次用堿洗酸洗，不易于連續化生產，操作困難，且廢液回收困難，不利于環保。

發明內容

本發明的目的是為了改善工藝流程、提高釩電池氈類電極的使用性能而提供一種高性能釩電池用石墨氈的生產方法。

本發明的目的是通過如下技術方案來實現的：一種高性能釩電池用石墨氈的生產方法，其特征在于：將預氧氈依次進入相互串聯的連續燒結爐和連續活化爐進行燒結和活化；先將預氧氈表面均勻撒有二茂鐵粉末，然后再將其進入連續燒結爐內并升溫至1500--1800℃，在此期間通入氮氣或氬氣惰性氣體保護使生產穩步進行，燒結時間為20-150分鐘，逐漸降至常溫-200℃；然后將常溫-200℃燒結后的預氧氈進入活化爐，活化爐內溫度升至800-950℃再進行活化，在此期間通入水蒸氣，活化時間為15-240分鐘，活化后再降至常溫后即為釩電池用石墨氈成品。