[发明专利]制备高纯度钒氧化物的方法及钒电池用高纯度电解液

说明书

技术领域

本发明涉及高纯度钒氧化物的制备技术领域，具体来讲，涉及一种能够制备诸如Cr、Si、Fe、Al、K、Na等杂质元素含量分别不大于10ppm的高纯度钒氧化物的方法，以及一种使用该高纯度钒氧化物来制得的钒电池用高纯度电解液。

背景技术

通常，全钒液流电池（vanadium redox battery，简称VRB）被认为是目前具有重要开发前景的液流电池系统，其研究始于上世纪80年代的澳大利亚新南威尔士大学，并在澳大利亚、日本和加拿大得到深入发展，现已开发出兆瓦级的全钒液流电池应用于电网调峰、风能和光伏发电配套储能系统，虽然离大规模应用还有段距离，但已经越来越近了。

这种电池系统采用钒电解质溶液体系为活性物质，在充电过程中以V(V)和V(II)形式将电能转化为化学能储存起来，在放电过程中又转变为V(IV)和V(III)，同时释放出电能。钒电池开发中的关键技术主要包括高质量的电解液制备技术、膜的选择和电池结构等三个部分，其中钒电池电解液是其中的核心技术。

影响钒电池用电解液质量的因素主要有电解液浓度、杂质种类和含量、电解液的稳定性、保存方法、钒价态和杂质含量检测分析方法等。各国研究者对钒电池电解液的稳定性、制备和检测方法进行了研究，虽然到目前对电解液的研究还在初级阶段，但是电解液的纯度要求比较高是普遍的观点，同时很多人对电解液中的部分杂质对电解液及电池的影响进行过一些研究，确定有些杂质对电解液甚至对电池有影响，有些影响能直接影响到电池的寿命和性能。因此，国内外普遍对电解液用原料钒氧化物的纯度提出要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

例如，本发明的目的之一在于提供一种能够有效去除钒氧化物粗品中的诸如Cr、Si、Fe、Al、K、Na等杂质元素的方法。

本发明的一方面提供了一种制备高纯度钒氧化物的方法。所述方法包括以下步骤：在pH为11～14的条件下，对钒氧化物粗品进行重溶；进行第一次过滤；向经第一次过滤得到的溶液中加入镁盐，且镁盐中镁元素摩尔量与溶液中的铬元素摩尔量之比为1.1～1.5：1，控制温度为90～100℃且pH不小于11的条件下，进行第一次除杂处理；进行第二次过滤；调节第二次过滤所得溶液的pH为8～11，然后加入铝盐，在温度为90～100℃的条件下，进行第二次除杂处理；进行第三次过滤；沉钒，过滤；洗涤、烘干、煅烧，得到高纯度钒氧化物。

本发明的另一方面提供了一种钒电池用高纯度电解液。所述高纯度电解液使用如上所述的制备高纯度钒氧化物的方法所制得的高纯度钒氧化物制得。

与现有技术先相比，本发明的有益效果包括：能够克服在化学法提纯工艺中除硅比较困难、以及因除杂后引入新的杂质而导致二次污染的问题，制得了除氧化钒外其它杂质（例如，Cr、Si、Fe、Al、K、Na）含量不超过10ppm的高纯度钒氧化物。

附图说明

通过下面附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明的制备高纯度钒氧化物的方法的一个示例性实施例的工艺流程示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例和附图来详细说明本发明的制备高纯度钒氧化物的方法及钒电池用高纯度电解液。

本发明中的钒氧化物可以为钒的各价态氧化物。在本发明的方法中，钒氧化物粗品（可也简称为粗钒）可以为工业钒氧化物（例如，五氧化二钒、三氧化二钒），其成分中通常含有Si、Cr、Fe、Mn、Ti、Mg、Ca等杂质。例如，钒氧化物粗品的成分按重量计可以包括0.1～10%的Si、0.1～10%的Cr、0.1～10%的Fe、0.1～10%的Mn、0.1～10%的Ti、0.1～0.5%的Mg、0.1～0.5%的Ca，以及余量的钒氧化物。

根据本发明一方面的制备高纯度钒氧化物的方法包括以下步骤：在pH为11.0～14.0的条件下，对钒氧化物粗品进行重溶；进行第一次过滤；向经第一次过滤得到的溶液中加入镁盐，且镁盐为镁的氧化物和硫酸镁，且镁盐中镁元素摩尔量与溶液中的Cr元素摩尔量之比为1.1～1.5：1，控制温度为90～100℃且pH不小于11的条件下，进行第一次除杂处理；进行第二次过滤；调节第二次过滤所得溶液的pH为8.5～9.5，然后加入铝盐，其中铝盐为硫酸铝或者氧化铝，在温度为90～100℃的条件下，进行第二次除杂处理；进行第三次过滤；沉钒，过滤；洗涤、烘干、煅烧，得到高纯度钒氧化物。