[发明专利]钒电池用电极及钒电池

说明书

本发明公开了一种钒电池用电极及钒电池，属于钒电池技术领域。本发明利用静电纺丝技术，制备得到具有微纳米多级孔结构的高活性碳纳米纤维电极材料，其制备方法为：将偏钒酸铵和二甲亚砜超声分散得偏钒酸铵溶液；将偏钒酸铵溶液与聚丙烯腈溶液超声处理，得钒电池专用聚丙烯腈溶液；将钒电池专用聚丙烯腈溶液织成聚丙烯腈毡，再经预氧化和高温碳化即得。本发明采用静电纺丝技术及预氧化和碳化处理，制备得到两端致密、中间疏松的钒电池用电极，解决了因组装方式造成整体电极孔径不均一的问题，并提高电池的整体性能。

技术领域

本发明属于钒电池技术领域，具体涉及一种钒电池用电极及利用该电极制备得到的钒电池。

背景技术

钒电池是一种新型、无污染、使用寿命长的储能电池系统，在其关键材料中电极材料在钒电池中起提供反应场所和将电流导出的作用。目前，基本上是用多孔的碳材料作为反应场所(通常称为集流极)，可导电的板材(通常称为双极板)导出电流，然后通过物理挤压让二者结合成一体电极。现有技术中，大部分研究使用预处理、引入活性物质、增加电极比表面积、使用纳米碳纤维等提高钒电池毡自身活性。

随着研究的进一步深入，影响钒电池性能的其他原因也进行了研究，如文献“多孔碳电极孔径结构对钒电池体系的影响讨论”(张琦等，电子元器件与可靠性，2018年8月第36卷第4期)，探讨了多孔碳电极的孔径结构和尺寸也对钒电池的性能的影响，提出当多孔碳电极平均孔径R≦10μm，钒电池的性能将更佳。但目前市场上的碳纤维毡产品的孔径远远大于该最佳孔径，且活性较差。因此，大量专为钒电池制备的孔径小、活性大、比表面积大的新型钒电池用电极涌现出来，如CN111477893A公开了一种功能组分纵向梯度分布的电纺碳纳米纤维复合材料及其制备方法和在钒电池中的应用，其使用不同的纵向活性层组合提高电极活性，通过孔径不同的电极来保证受力后的电极整体孔径尽量一致从而提高电池性能，但其没有考虑微孔结构对电池性能的影响；CN111540913A公开了一种高活性多级孔碳纳米纤维电极材料的制备方法及其在钒电池中的应用，其使用尿素提高电极活性等，通过微孔结构提高电池性能，但其没有考虑大孔径部分受力不均匀后孔径不均匀会影响电池性能的问题。

发明内容

本发明提供一种两端致密，中间疏松的钒电池用新型电极，其为利用静电纺丝技术，制备得到的具有微纳米多级孔结构的高活性碳纳米纤维电极材料，该材料可同时兼具高电化学活性面积以及高电化学催化活性，同时解决因组装方式造成整体电极孔径不均一的问题。

本发明首先提供了一种钒电池用电极，其制备方法如下：

A、将偏钒酸铵和极性有机溶剂混合，经超声处理，得偏钒酸铵溶液；

B、将步骤A所得偏钒酸铵溶液与聚丙烯腈溶液混合，经超声处理，得钒电池专用聚丙烯腈溶液；

C、步骤B所得钒电池专用聚丙烯腈溶液按照纺丝距离13～16cm和电压为16～20kV，织成厚度为0.1～0.3mm的毡，然后调节纺丝距离16～25cm和电压为30～60kV，新织厚度为0.4-0.8mm的毡，最后调节纺丝距离13～16cm和电压为16-20kV，新织厚度为0.1～0.3mm的毡，得累计厚度0.6～1.4mm的聚丙烯氰毡；

将厚度0.6～1.4mm的聚丙烯氰毡进行预氧化，然后在惰性气体保护下，依次于温度600±10℃、650±10℃、700±10℃、750±10℃和800±10℃分别进行反应，反应完毕冷却至室温后，得钒电池用电极。

其中，上述钒电池用电极，步骤A中，所述偏钒酸铵与极性有机溶剂的质量比为10～30％。

其中，上述钒电池用电极，步骤A中，步骤A中，所述极性有机溶剂为二甲亚砜、环丁砜或DMF。

其中，上述钒电池用电极，步骤A中，所述超声处理的频率为5～15KHz；所述超声处理的时间为30～50分钟。