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技术

本发明专利技术提供了一种碳素类电极材料处理剂，其由如下原料配制而成：稀土化合物、乙二胺四乙酸，以及适量的溶剂。使用该碳素类处理液处理电极材料，能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，且能显著提高使用该处理后电极的电池的充放电性能。同时，本发明专利技术还提供了一种电极材料的处理方法，该方法简单，易于推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液流电池领域，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。
技术介绍
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、-C00H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、钯和钼都是贵金 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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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%。在本专利技术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(下文以压0表示)和硝酸组成的组中 的一种或多种。本专利技术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。本专利技术提供的具体实施例中，该处理剂由氧化铈(Ce02)2.682%，H20 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 %，H20 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(N03)3 6H20)1%, H20 95%，乙二胺四乙酸1%，浓硫酸以及尿素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。本专利技术还提供了一种碳素类电极材料的处理方法，该方法采用本专利技术提供的处理 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°C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。本专利技术还提供了一种电池，其采用钒离子硫酸溶液作为电解液，由经过本专利技术提 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。本专利技术提供的电池的电极经过了本专利技术提供的电极材料处理方法的处理。使用本专利技术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，本专利技术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。图3是电池1、2、3在50mA/cm2电流密度下的充放电曲线图。图4是电池1、4、5在50mA/cm2电流密度下的充放电曲线图。图5是电池6在50mA/cm2电流密度下第1、10、20和30次循环的充放电曲线图。具体实施例方式下面将对本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对所要求的本专利技术提供进一步的说 明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技 术人员通常理解的相同含义。本专利技术的专利技术人旨在研究一种能够在提高碳素类电极材料电化学活性的同时，提 高负极电对的可逆性，并降低负极电极的析氢电位的电极处理剂，该处理剂由原料稀土化 合物、乙二胺四乙酸，以及溶剂组成，经过该处理剂处理的电极材料具有电化学活性高，负 极电对可逆性强等诸多优点。在本专利技术的一种具体实施方式中，上述原料由稀土化合物、乙二胺四乙酸，以及适 量溶剂组成。其中所述稀土化合物的含量为1_5%，所述乙二胺四乙酸含量为0. 5-3%。在本专利技术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。虽然本专利技术具体实施例采用上述稀土化合物，但本领域技术人员应该可知，凡是 次外层含有d电子结构的稀土化合物都可以应用到本专利技术中。采用的溶剂可以选自乙醇、浓硫酸、去离子水或浓硝酸，或者它们中的任一混合物。本专利技术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。发 明人发现，加入这些氯化铵或者尿素后，处理剂对电极材料的处理效果有一定程度的增强。本专利技术提供的一个具体实施例中，该处理剂由氧化铈(Ce02)2.682 %，H20 53. 648 %，乙醇42. 328 %以及乙二胺四乙酸1. 342 %组成；或者由氧化镧2. 817 %， H20 89. 206 %,乙二胺四乙酸0. 939 %以及乙醇7. 038 %组成；或者由硝酸钇 (Y (N03) 3 '6H20) 1 %，H2095 %，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。在本专利技术的具体实施方式中，对电极材料进行处理的方法是采用本专利技术所制备的 处理剂在常温下浸泡电极材料3-10h，将浸泡后的电极材料在60-100°C烘干3-10h，烘干后 用去离子水清洗，再在120°C下或者根据电极材料的具体情况选择合适的温度进行干燥烘 干。在本专利技术的一种具体实施方式中，提供了一种电池，由钒离子硫酸溶液作为电解 液，由采用上述处理剂处理后的电极材料作为电极。一、对碳素类电极材料的处理实施例1 碳素类电极材料处理剂原料氯化镧3 %，乙醇90 %，氯化铵3 %，浓硝酸0. 5 %，尿 素 3%，EDTA 0. 5%。碳素类电极材料处理方法将上述原料混合搅拌均勻，所制备的处理剂在常温下 浸泡电极材料3小时，接着电极材料在80°C烘干后用去离子水清洗，最后在120°C下干燥。实施例2碳素类电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳素类电极材料处理剂，其特征在于，所述处理剂包括如下原料：稀土化合物，乙二胺四乙酸以及溶剂，其中所述稀土化合物的含量为１－５％，所述乙二胺四乙酸含量为０．５－３％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈若媛，刘素琴，黄可龙，任志，张庆华，李虹云，刘维维，
申请(专利权)人：湖南维邦新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]