[发明专利]一种全钒液流电池电极材料的制备方法

摘要

本发明涉及电池制造及能量存储领域，具体为一种全钒液流电池电极材料的制备方法。首先以碱性木质素为试材，利用碱性木质素结构中酚羟基活性官能团，将羟甲基化碱性木质素部分替代间苯二酚在催化剂作用下与甲醛合成有机凝胶，以该凝胶为前躯体，配制实验所需的前驱体纺丝液，通过静电纺丝的方法，制备出纤维原丝电极材料，利用真空/气氛炉对电极材料前驱体进行预氧化，在惰性气氛中碳化，得到碳纤维电极材料。采用本发明方法制备的钒电池碳纤维电极材料，纤维直径在纳米级别，比表面积相比于传统碳毡类电极材料大大增加，由于后期的预氧化处理，纤维表面的含氧量也有很大的提高，可用于钒电池碳纤维电极材料的制备。

主权项

1.一种全钒液流电池电极材料的制备方法，其特征在于：包含前驱体的制备、纺丝液的制备、静电纺丝、预氧化及碳化、清洗干燥五个步骤：/n1)前驱体以碱性木质素为基材，将木质素溶解到碱溶液中，加入甲醛、间苯二酚，在金属盐催化剂的作用下搅拌至形成有机凝胶，经封闭陈化、粉碎，得前驱体有机干凝胶；/n其中，碱性木质素的平均分子量为1000～20000，碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水，金属盐催化剂为钴盐、镍盐或铁盐；/n在前驱体的制备过程中，将木质素溶解到碱溶液中，木质素与碱溶液的质量比例为5：1～50：1，加入甲醛后搅拌均匀，调节pH值为8～14；/n在前驱体的制备过程中，碱性木质素与间苯二酚的摩尔比为2：1～1：20，碱性木质素+间苯二酚与甲醛的摩尔比为1：2～1：50，碱性木质素+间苯二酚与金属盐催化剂的摩尔比为20：1～100：1；/n2)在纺丝液的制备过程中，将粉碎后的前驱体有机干凝胶与聚丙烯腈加入到氮、氮二甲基甲酰胺有机溶液中，水浴条件下搅拌均匀；其中，聚丙烯腈的平均分子量为80000～200000，有机干凝胶与聚丙烯腈的质量比例为5：95～90：10，有机干凝胶+聚丙烯腈与氮、氮二甲基甲酰胺的质量比例为 5：95～20：80，水浴温度为 20～80℃；/n3)在静电纺丝过程中，将 2) 得到的前驱体纺丝液经静电纺丝技术制得电极材料前驱体纤维原丝；静电纺丝的工艺参数为：针头的针孔直径为 0.3～2 mm，注射器的容量为20～500mL，注射器控制的注射流量为0.2～5 mL/h；/n4)在预氧化及碳化过程中，预氧化温度为200～500℃，时间为1～3h，预氧化处理的升温速度为2～20℃/min；碳化温度为800～1500℃，时间为1～10h，碳化处理的升温速度为 2～20℃/min；预氧化及碳化在惰性保护气氛中进行，惰性保护气氛中气体的流量为 20～150 mL/min；/n5)在清洗干燥过程中，将清洗之后的电极材料，在真空干燥箱或鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为60～100℃，处理时间为 24～48h，干燥之后的电极材料厚度在 0.1～5mm。/n