[发明专利]碳素类电极材料处理剂及用该处理剂处理电极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及液流电池领域，更具体地，涉及碳素类电极材料处理剂及用该处理剂处理电极材料的方法。

背景技术

碳素类的石墨毡或碳毡作为电极材料时，其具有电阻率低、比表面积大、在具有强酸性和强氧化性的钒电池电解液的体系中稳定性好，且价格低廉的优点，但是该类电极的亲水性和电化学活性较差。目前对这种电极有很多的表面改性方法，如金属离子修饰、电化学氧化法、酸处理、热处理等方法。

电化学氧化法、酸处理、热处理都是对石墨毡电极表面的一种氧化过程，可提高电极表面C-OH、CO、-COOH等含氧官能团的数量，改善电极表面对电池活性物质的浸润能力，提高电极表面对活性物质的吸附能力，强化电化学反应。但是这些方法都存在一些缺点：酸处理对电化学活性改善效果不明显；热处理操作弹性小，氧化反应不易控制，且会加重负极的析氢反应；电化学氧化法目前使用硫酸为电解液，会导致纤维表面氧化反应较剧烈，加之酸性介质对氧化降解反应的促进效应，碳纤维表面腐蚀现象严重，降低电极的机械强度，且会产生酸雾。而对于金属离子修饰方法而言，很多金属离子修饰的步骤复杂，且会提高析氢电位，如Mn²⁺、Co²⁺、Ir修饰电极提高电化学性能的同时也使负极析氢反应严重，采用Pd²⁺、Au⁴⁺、Pt⁴⁺对石墨毡表面进行修饰，电极反应不稳定，有氢气析出，而且铱、钯和铂都是贵金属，价格昂贵，不利于大规模商业化应用。

碳素类电极(石墨毡/碳毡等)的电化学活性不高，现有的表面改性方法能提高电极的电化学活性，但同时也提高了负极析氢电位，使析氢副反应增加。如何在提高碳素类电极电化学活性的同时，却不提高负极的析氢电位，成为电池领域中科研人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳素类电极材料处理液，以克服现有技术的不足，使用该处理液处理电极材料，可提高电极材料的电化学活性，提高负极电对的可逆性，降低负极电极的析氢电位，同时还能显著提高使用该处理后电极的电池的充放电性能。

为此，本发明提供的碳素类电极材料处理剂包括如下原料：稀土化合物、乙二胺四乙酸，以及适量的溶剂，其中稀土化合物占处理剂总重量的1-5％，乙二胺四乙酸占处理剂总重量的0.5-3％。

在本发明提供的具体实施例中，所述稀土化合物可以是氯化镧、氧化镧、硝酸钇或者氧化铈，采用的溶剂选自由乙醇、硫酸、去离子水(下文以H₂O表示)和硝酸组成的组中的一种或多种。

本发明提供的处理剂还可以进一步包括0-3％的氯化铵和/或者0-3％的尿素。

本发明提供的具体实施例中，该处理剂由氧化铈(CeO₂)2.682％，H₂O 53.648％，乙醇42.328％以及乙二胺四乙酸1.342％组成；或者该处理剂由氧化镧2.817％，H₂O 89.206％，乙二胺四乙酸0.939％以及乙醇7.038％组成；或者所述处理剂由硝酸钇(Y(NO₃)₃·6H₂O)1％，H₂O 95％，乙二胺四乙酸1％，浓硫酸1％以及尿素2％组成；或者由氯化镧3％，乙醇90％，氯化铵3％，浓硝酸0.5％，尿素3％以及乙二胺四乙酸0.5％组成该处理剂。

本发明还提供了一种碳素类电极材料的处理方法，该方法采用本发明提供的处理剂在常温下浸泡所述碳素类电极材料，通常可浸泡3-10小时，然后将浸泡后的电极材料在60-100℃烘干，烘干后用去离子水清洗，再干燥烘干，即可得到处理后的电极材料。

本发明还提供了一种电池，其采用钒离子硫酸溶液作为电解液，由经过本发明提供的处理剂处理过的电极材料作电极，该电极材料既可以作为电池的正极，也可以作为电池的负极。

本发明提供的电池的电极经过了本发明提供的电极材料处理方法的处理。

使用本发明提供的碳素类电极材料处理液处理碳素类电极材料，能提高碳素类电极材料的电化学活性，提高负极电对的可逆性，降低负极电极的析氢电位。同时能显著提高电池的充放电性能。同时，本发明提供的碳素类电极材料处理方法，简单易行，不需要大型设备的支持，便于推广应用。

附图说明

图1为处理前后的石墨毡电极在钒电池负极电解液中的循环伏安图。

图2为处理前后的石墨毡在钒电池正极电解液中的循环伏安图。