全固态钒盐电池及其电极、电极制备方法
【专利说明】全固态钒盐电池及其电极、电极制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及电池制备领域，具体涉及一种全固态钒盐电池及其电极、电极制备方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]全钒液流电池因具有高储能容量、模块化、深度充放电、使用寿命长以及绿色环保等优点受到储能行业的广泛关注，已被国外用于风力发电场、太阳能光伏发电站以及电网调峰储能等的运行。全钒液流电池主要由三部分组成:电极材料、电池隔膜、电解液。因此，它的发展受这三个方面的制约，其中，电解液是钒电池的核心之一，主要作为钒电池能量的储存。电解液中钒的价态是多价态体系，以硫酸作为支持电解质。由于实际使用中高浓度的电解液会出现V2O5等沉淀析出，对电池造成负面影响，电解液的使用浓度都在2 mol/L左右。因此，全钒液流电池的能量密度在25 Wh/kg以下。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种全固态钒盐电池及其电极、电极制备方法，能量密度高，且制备简单方便。
[0007]为了达到上述的目的，本发明提供一种全固态钒盐电池电极制备方法，包括以下步骤:
(O将含活性物质的钒盐分散到一定浓度的浓硫酸中，然后搅拌均匀；
(2)向步骤(I)形成的溶液中加入导电剂，搅拌，直至成糊状；
(3)将步骤(2)制成的糊状电极材料均匀涂布在多孔耐蚀性导电载体的外表面上，完成电极制备；
其中，含活性物质的钒盐、浓硫酸和导电剂的质量百分比分别为40?80 %、10?30 %、10 ?30%。
[0008]上述全固态钒盐电池电极制备方法，其中，制备正极，所述含活性物质的钒盐为(VO2) 2S04或VOSO4.H2O ;制备负极，所述含活性物质的钒盐为(VO2) 2S04.nH20、VOSO4.ηΗ20、VSO4.ηΗ20 或 V2 (SO4) 3.nH20 ;制备负极时，采用 VSO4.ηΗ20 或 V2 (SO4) 3.ηΗ20 作含活性物质的钒盐时，其摩尔量应是采用(VO2)2SO4.ηΗ20或VOSO4.ηΗ20作含活性物质的钒盐时的摩尔量的2倍。
[0009]上述全固态钒盐电池电极制备方法，其中，所述导电剂为石墨粉、碳纤维或碳纳米管。
[0010]上述全固态钒盐电池电极制备方法，其中，所述多孔耐蚀性导电物质为碳布、碳租、碳纸、石墨租或金属钛网。
[0011]本发明提供的另一技术方案是一种全固态钒盐电池电极，由多孔耐蚀性导电载体及涂布在所述多孔耐蚀性导电载体外表面的电极材料；所述电极材料由含活性物质的钒盐、浓硫酸和导电剂组成，各组分质量百分比分别为:含活性物质的钒盐40?80%、浓硫酸10?30%、导电剂10?30%。
[0012]上述全固态钒盐电池电极，其中，对于正极，所述含活性物质的钒盐为(VO2)2SO4*VOSO4.H2O ;对于负极，所述含活性物质的钒盐为(VO2)2SO4.nH20、VOSO4.nH20、VS04.ηΗ20或V2 (SO4) 3.ηΗ20,且采用VSO4.ηΗ20或V2 (SO4) 3.ηΗ20作含活性物质的钒盐时，其摩尔量应是采用(VO2)2SO4.ηΗ20或VOSO4.ηΗ20作含活性物质的钒盐时的摩尔量的2倍。
[0013]上述全固态钒盐电池电极，其中，所述导电剂为石墨粉、碳纤维或碳纳米管。
[0014]上述全固态钒盐电池电极，其中，所述多孔耐蚀性导电物质为碳布、碳毡、碳纸、石墨毡或金属钛网。
[0015]本发明还提供一种技术方案是一种全固态钒盐电池，包括依次设置的第一导电片、正极电极、隔膜、负极电极和第二导电片；所述正极电极和负极电极均采用上述全固态钒盐电池电极制备方法制备。
[0016]上述全固态钒盐电池，其中，所述隔膜为Naf1n树脂膜片。
[0017]全固态钒盐电池的活性物质采用全固态钒盐，因而，电池的能量密度不受电池电解液浓度的限制。全固态钒盐电池的能量密度可达到70Wh/kg以上，比全钒液流电池提高180%，比铅酸电池高133%左右。本发明的全固态钒盐电池电极制备方法中，采用现有成熟的工业涂布和刮涂技术将糊状电极材料均匀涂布在多孔耐蚀性导电载体的外表面上，避免了用浸溃方法带来的时间和费用的损耗，且适用于大规模批量生产，能够实现全固态钒盐电池的产业化生产和推广。
[0018]
【附图说明】
[0019]本发明的全固态钒盐电池及其电极、电极制备方法由以下的实施例及附图给出。
[0020]图1是本发明的全固态钒盐电池的结构示意图。
[0021]图2是本发明实施例中全固态钒盐电池能量和容量效率与循环圈数的曲线图。
[0022]
【具体实施方式】
[0023]以下将结合图1?图2对本发明的全固态钒盐电池及其电极制备方法作进一步的详细描述。
[0024]本发明的全固态钒盐电池电极由多孔耐蚀性导电载体及涂布在所述多孔耐蚀性导电载体外表面的电极材料；所述电极材料由含活性物质的钒盐、浓硫酸和导电剂组成，各组分质量百分比分别为:含活性物质的钒盐40?80%、浓硫酸10?30%、导电剂10?30%。
[0025]本发明的全固态钒盐电池电极制备方法包括以下步骤:
(O将含活性物质的钒盐分散到lmol/Llmol/L浓硫酸中，然后搅拌均匀； (2)向步骤(I)形成的溶液中加入导电剂，搅拌，直至成糊状；
(3)将步骤(2)制成的糊状电极材料均匀涂布在多孔耐蚀性导电载体的外表面上，完成电极制备。
[0026]若制备正极，所述含活性物质的钒盐为(VO2)2SO4或VOSO4.H2O0若制备负极，所述含活性物质的钒盐为(VO2) 2S04.nH20、VOSO4.nH20、VSO4.ηΗ20 或 V2 (SO4) 3.nH20,制备负极时须注意，采用VSO4.ηΗ20或V2 (SO4) 3.ηΗ20作含活性物质的钒盐时，其摩尔量应是采用(VO2)2SO4.ηΗ20或VOSO4.ηΗ20作含活性物质的钒盐时的摩尔量的2倍，即摩尔比为2:1。
[0027]所述导电剂为石墨粉、碳纤维或碳纳米管。
[0028]所述多孔耐蚀性导电物质为碳布、碳毡、碳纸、石墨毡或金属钛网。
[0029]本发明的全固态钒盐电池电极制备方法中，采用现有成熟的工业涂布和刮涂技术将糊状电极材料均匀涂布在多孔耐蚀性导电载体的外表面上，避免了用浸溃方法带来的时间和费用的损耗，且适用于大规模批量生产，能够实现全固态钒盐电池的产业化生产和推广。
[0030]如图1所示，本发明的全固态钒盐电池包括依次设置的第一导电片1、正极电极2、隔膜3、负极电极4和第二导电片5，将所述第一导电片1、正极电极2、隔膜3、负极电极4和第二导电片5压紧即可获得全固态钒盐电池。
[0031]所述隔膜3例如是Naf1n树脂膜片；所述第一导电片I例如是石墨板；所述第二导电片5例如是石墨板；所述正极电极2或负极电极4是上述全固态钒盐电池电极。
[0032]全固态钒盐电池的活性物质采用全固态钒盐，因而，电池的能量密度不受电池电解液浓度的限制。全固态钒盐电池的能量密度可达到70Wh/kg以上，比全钒液流电池提高180%，比铅酸电池高133%左右。
[0033]实施例:
称取9.55 g (VO2)2SO4粉末，然后将(VO2)2SO4粉末悬浮于5 ml 5mol/L的浓硫酸溶液中，搅拌均勻；然后向其中加入5 g石墨粉,搅拌,直至成糊状,制成电极材料；最后将搅拌均匀的糊状电极材料放在事先准备好的碳布上，然后用塑料刮刀将电极材料均匀地涂敷在碳布上，并用割刀将涂敷有电极材料的碳布剪裁成需要的形状。负极采用同样的制备方法。
[0034]第一石墨板、正极电极、隔膜、负极电极、第二石墨板依次放置并压紧形成电池，其中采用Naf1n树脂膜作为隔膜。进行充放电试验，充放电电流密度为30mA.cm_2。实验数据见图2。电池容量效率达到95%以上，能量效率达到88%左右。从电池的容量效率看，电池的容量效率在240圈以后，仍能保持在95%以上；同时，能量效率也保持在87%左右。
【主权项】
1.全固态钒盐电池电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 将含活性物质的钒盐分散到一定浓度的浓硫酸中，然后搅拌均匀； 向步骤(I)形成的溶液中加入导电剂，搅拌，直至成糊状； 将步骤(2)制成的糊状电极材料均匀涂布在多孔耐蚀性导电载体的外表面上，完成电极制备； 其中，含活性物质的钒盐、浓硫酸和导电剂的质量百分比分别为40?80%、10?30%、10 ?30%。
2.如权利要求1所述的全固态钒盐电池电极制备方法，其特征在于，制备正极，所述含活性物质的钒盐为(VO2) 2S04或VOSO4.H2O ;制备负极，所述含活性物质的钒盐为(VO2)2SO4.nH20、VOSO4.nH20、VS04.ηΗ20 或 V2(SO4)3.ηΗ20 ;制备负极时，采用 VSO4.ηΗ20 或V2 (SO4) 3.ηΗ20作含活性物质的钒盐时，其摩尔量应是采用(VO2)2SO4.ηΗ20或VOSO4.ηΗ20作含活性物质的钒盐时的摩尔量的2倍。
3.如权利要求1所述的全固态钒盐电池电极制备方法，其特征在于，所述导电剂为石墨粉、碳纤维或碳纳米管。
4.如权利要求1所述的全固态钒盐电池电极制备方法，其特征在于，所述多孔耐蚀性导电物质为碳布、碳租、碳纸、石墨租或金属钛网。
5.全固态钒盐电池电极，其特征在于，由多孔耐蚀性导电载体及涂布在所述多孔耐蚀性导电载体外表面的电极材料；所述电极材料由含活性物质的钒盐、浓硫酸和导电剂组成，各组分质量百分比分别为:含活性物质的钒盐40?80%、浓硫酸10?30%、导电剂10?30%。
6.如权利要求5所述的全固态钒盐电池电极，其特征在于，对于正极，所述含活性物质的钒盐为(VO2)2SO4或VOSO4.H2O ;对于负极，所述含活性物质的钒盐为(VO2)2SO4.ηΗ20、VOSO4.nH20、VSO4.ηΗ20 或 V2 (SO4) 3.ηΗ20,且采用 VSO4.ηΗ20 或 V2 (SO4) 3.ηΗ20 作含活性物质的钒盐时，其摩尔量应是采用(VO2)2SO4.ηΗ20或VOSO4.ηΗ20作含活性物质的钒盐时的摩尔量的2倍。
7.如权利要求5所述的全固态钒盐电池电极，其特征在于，所述导电剂为石墨粉、碳纤维或碳纳米管。
8.如权利要求5所述的全固态钒盐电池电极，其特征在于，所述多孔耐蚀性导电物质为碳布、碳租、碳纸、石墨租或金属钛网。
9.全固态钒盐电池，其特征在于，包括依次设置的第一导电片、正极电极、隔膜、负极电极和第二导电片；所述正极电极和负极电极均采用如权利要求1至4中任一权利要求所述的全固态钒盐电池电极制备方法制备。
10.如权利要求9所述的全固态钒盐电池，其特征在于，所述隔膜为Naf1n树脂膜片。
【专利摘要】本发明涉及全固态钒盐电池及其电极、电极制备方法，该电极由多孔耐蚀性导电载体及涂布在所述多孔耐蚀性导电载体外表面的电极材料；所述电极材料由含活性物质的钒盐、浓硫酸和导电剂组成，各组分质量百分比分别为：含活性物质的钒盐40～80％、浓硫酸10～30％、导电剂10～30％。全固态钒盐电池的能量密度可达到70Wh/kg以上。本发明的全固态钒盐电池电极制备方法中，采用现有成熟的工业涂布和刮涂技术将糊状电极材料均匀涂布在多孔耐蚀性导电载体的外表面上，避免了用浸渍方法带来的时间和费用的损耗，且适用于大规模批量生产，能够实现全固态钒盐电池的产业化生产和推广。
【IPC分类】H01M4-86, H01M4-88
【公开号】CN104701551
【申请号】CN201310663134
【发明人】孙毅, 张伟, 蒋永伟, 刘向, 朱荣杰, 张欣荣
【申请人】上海空间电源研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月10日