一種基于高純度五氧化二釩的固態電池及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種基于高純度五氧化二釩的固態電池及其制備方法，基于高純度五氧化二釩的固態電池包括鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管，五氧化二釩復合材料包括高純度五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉末，高純度五氧化二釩粉末的制備方法是將酸性沉釩、堿性沉釩和陽離子交換除雜相結合，是在酸性條件下出去部分雜質，將所得釩的水解產物滴加稀氫氧化鈉溶解，過濾出去沉淀雜質，再利用陽離子交換樹脂取出微量的二價或者二價以上金屬陽離子雜質，再將鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管以加壓的方式制備形成固態電池。本發明專利技術制備方法簡單，無需添加出雜劑，五氧化二釩純度高，產品質量穩定，而且廢料都可循環利用，經濟環保。

Solid state battery based on high-purity five oxidation two vanadium and preparation method thereof

The present invention provides a solid-state battery and a preparation method of high purity five of two vanadium based solid state battery with high purity five of two vanadium including magnesium, magnesium montmorillonite powder, five of two vanadium and carbon nanotube composite materials based on five of two vanadium composite materials including high purity five of two vanadium powder and magnesium montmorillonite powder and carbon nanotube powder, preparation method of high purity five of two vanadium powder is acidic, alkaline precipitation of vanadium vanadium precipitation and cation exchange purification combination is part of impurities. In acidic conditions, the hydrolysis product of vanadium adding dilute sodium hydroxide solution, filtering out the impurities by precipitation, cation exchange remove the two trace resin price or price above two cations, then magnesium, magnesium montmorillonite powder, five of two vanadium composite materials and carbon nanotubes with pressurized. Solid state batteries are prepared. The preparation method of the invention is simple, and no impurity is needed, the purity of the five oxidation two vanadium is high, the quality of the product is stable, and the waste material can be recycled for economic and environmental protection.

【技術實現步驟摘要】
一種基于高純度五氧化二釩的固態電池及其制備方法
本專利技術屬于五氧化二釩固態電池材料
，具體涉及一種基于高純度五氧化二釩的固態電池及其制備方法。
技術介紹
隨著科學技術的飛速發展，人們對許多材料的需求量也越來越大，對材料的要求也越來越高。我國釩資源極其豐富，五氧化二釩儲量占中國釩儲量的一半以上。五氧化二釩可以作為合金原料、玻璃和陶瓷的著色劑、硫酸和是有工業的催化劑，在電池領域也十分重要的應用，但是目前市場上出售的五氧化二釩的純度還不能滿足這些領域的應用標準。目前，高純度五氧化二釩的提純方法大致分為萃取法、離子交換法、化學除雜和反復多次沉釩等。中國專利CN102923775A公開的一種高純度五氧化二釩的制備方法，將粗釩作為原料，先溶于堿性溶液中去除金屬雜質，再加入硫酸溶液中沉淀，再經堿溶液和硫酸銨溶液處理得到偏釩酸銨，高溫燒結得到五氧化二釩純度達99.99％的五氧化二釩。該方法制備工藝簡單，但是工序多，且以粗釩作為原料產品的質量難以保證，且廢水量大，成本高。中國專利CN104386747A公開的一種離子交換法制備高純度釩氧化物的方法，以多釩酸銨溶液為原料，加入復合絮凝劑，過濾進行初步凈化，再經離子交換系統得到深度凈化，然后通入氨氣，冷卻結晶二道高純度偏釩酸銨晶體，高溫燒結得到純度大于99.9％的五氧化二釩。該方法將離子交換法用于制備五氧化二釩，但是該制備方法成本較高，工藝較為繁瑣，而且復合凝絮劑的添加也會引入新的雜質，降低了離子交換樹脂的使用壽命。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種基于高純度五氧化二釩的固態電池及其制備方法，是將酸性沉釩、堿性沉釩和陽離子交換除雜相結合，是在酸性條件下出去部分雜質，將所得釩的水解產物滴加稀氫氧化鈉溶解，過濾出去沉淀雜質，再利用陽離子交換樹脂取出微量的二價或者二價以上金屬陽離子雜質，得到高純度的五氧化二釩粉末，再將鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩和碳納米管以加壓的方式制備形成固態電池。本專利技術制備方法簡單，無需添加出雜劑，五氧化二釩純度高，產品質量穩定，而且廢料都可循環利用，經濟環保。為解決上述技術問題，本專利技術的技術方案是：一種基于高純度五氧化二釩的固態電池，其特征在于，所述基于高純度五氧化二釩的固態電池包括鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管，所述五氧化二釩復合材料包括高純度五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉末，所述高純度五氧化二釩粉末是將水解沉釩和陽離子交換除雜相結合，所述水解沉釩是將酸性沉釩和堿性沉釩結合，所述高純度五氧化二釩粉末是在酸性條件下出去部分雜質，將所得釩的水解產物滴加稀氫氧化鈉溶解，過濾出去沉淀雜質，再利用陽離子交換樹脂取出微量的二價或者二價以上金屬陽離子雜質，所述水解沉釩時采用液態加胺的方式。該方法采用水解沉釩除雜和調節pH沉淀除雜，極大地減少了溶液中雜質的含量，在通過陽離子交換樹脂取出微量的多家金屬陽離子雜質，從而保證了產品質量的穩定，而且延長了陽離子交換樹脂的使用周期和使用壽命，使生產工藝簡化，成本降低。作為上述技術方案的優選，所述基于高純度五氧化二釩的固態電池中鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管的質量比為1:1:1:1。作為上述技術方案的優選，所述五氧化二釩復合材料中高純度五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉末的質量比為5:4:1。本專利技術還提供一種基于高純度五氧化二釩的固態電池的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)將多釩酸銨或者偏釩酸銨用氫氧化鈉溶液溶解，過濾除去沉淀雜質，得到釩酸鈉溶液；(2)向步驟(1)制備的釩酸鈉溶液中加入硫酸，溶液中釩濃度為40-60g/L，pH為1-2.4，在溫度為90-95℃下，攪拌反應50-80min水解沉釩；(3)將步驟(2)制備的溶液過濾后得到釩的水解產物和酸性沉釩廢水；(4)將步驟(3)制備的含釩水解產物加入去離子水中，滴加稀氫氧化鈉溶液，過濾得到含釩溶液，并向濾液中加入去離子水，將溶液中釩的濃度調為40-60g/L；(5)將步驟(4)制備的含釩溶液以0.5-3BV/h的流速通過離子交換柱，得到含釩凈化液；(6)將步驟(5)制備的含釩凈化液在攪拌狀態下，調節含釩凈化液的pH為8-9，緩慢倒入硫酸銨或者氯化銨溶液，攪拌反應30-40min，靜置60-90min，過濾得到偏釩銨固體和堿性沉釩廢水；(7)將步驟(6)制備的偏釩銨固體用氯化銨溶液洗滌1-2次，干燥后，在500-550℃下煅燒2-3h，得到高純度的五氧化二釩；優選地，高純度的五氧化二釩的純度為99.92-99.96％，其中Si、Cr、Ca、Fe、P、Al、Mn的含量均小于0.001％。(8)將步驟(7)制備的高純度五氧化二釩研磨碾碎形成五氧化二釩粉末，將五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉末充分混合研磨，形成五氧化二釩復合材料；(9)將鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管依次填入不銹鋼模具中，加壓成型，形成基于高純度五氧化二釩的固態電池。作為上述技術方案的優選，所述步驟(5)中，離子交換柱的再生方法為：先將用量為2-3倍床體積的鹽酸溶液淋洗30-60min，再將用量為2-3倍床體積，質量分數為8-10％的氯化鈉溶液或者硫酸鈉與2-4％的氫氧化鈉混合溶液淋洗30-60min，最后用去離子水洗至中性，所述鹽酸溶液多次重復利用后，經過蒸餾將溶液中的氯化氫其他除盡排放，氯化氫氣體經水吸收成鹽酸溶液后再次利用，所述氫氧化鈉或者氯化鈉溶液經蒸發濃縮后，冷卻結晶得到氯化鈉或者硫酸鈉晶體返回利用。作為上述技術方案的優選，所述步驟(6)中，硫酸銨或者氯化銨溶液中銨鹽含量按照加銨系數為2-3得到。作為上述技術方案的優選，步驟(3)所述的酸性沉釩廢水、步驟(6)所述的堿性沉釩廢水和步驟(7)所述的洗滌的廢水經處理后可循環再用，所述處理的方法為將步驟(3)所述的酸性沉釩廢水過濾后，取其上清液部分加入硫酸吸收氨氣，其余部分用于中和步驟(6)所述的堿性沉釩廢水，將步驟(6)所述的堿性沉釩廢水過濾后，部分加入適量的氫氧化鈉和氯化鈉，用于離子交換樹脂的再生，部分用于步驟(1)中溶解多釩酸銨，將步驟(7)所述的洗滌的廢水近過濾后，部分加入硫酸銨或者氯化銨固體后用于步驟(5)中，部分加入氫氧化鈉用于步驟(3)中。作為上述技術方案的優選，所述步驟(9)中五氧化二釩復合材料中高純度五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉末的質量比為5:4:1。作為上述技術方案的優選，所述步驟(9)中基于高純度五氧化二釩的固態電池中鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管的質量比為1:1:1:1。作為上述技術方案的優選，所述步驟(9)中，加壓成型的壓力為3.5t/cm2。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：(1)本專利技術制備的基于高純度五氧化二釩的固態電池中主要成分為鎂粉、鎂蒙脫石粉末、高純度五氧化二釩粉末和碳納米管，將高純度五氧化二釩粉末與鎂蒙脫石粉末和碳納米管混合形成五氧化二釩復合材料，該五氧化二釩復合材料作為陰極材料，是電池具有較高的反應自由能變化，穩定的開路電流和良好的充放電性能。(2)本專利技術制備的基于高純度五氧化二釩的固態電池中含有高純度的五氧化二釩，采用水解沉釩和離子交換技術制備的五氧化二釩，制備工藝簡單，無需添本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于高純度五氧化二釩的固態電池，其特征在于：所述基于高純度五氧化二釩的固態電池包括鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管，所述五氧化二釩復合材料包括高純度五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉末，所述高純度五氧化二釩粉末是將水解沉釩和陽離子交換除雜相結合，所述水解沉釩是將酸性沉釩和堿性沉釩結合，所述高純度五氧化二釩粉末是在酸性條件下出去部分雜質，將所得釩的水解產物滴加稀氫氧化鈉溶解，過濾出去沉淀雜質，再利用陽離子交換樹脂取出微量的二價或者二價以上金屬陽離子雜質，所述水解沉釩時采用液態加胺的方式。

【技術特征摘要】
1.一種基于高純度五氧化二釩的固態電池，其特征在于：所述基于高純度五氧化二釩的固態電池包括鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管，所述五氧化二釩復合材料包括高純度五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉末，所述高純度五氧化二釩粉末是將水解沉釩和陽離子交換除雜相結合，所述水解沉釩是將酸性沉釩和堿性沉釩結合，所述高純度五氧化二釩粉末是在酸性條件下出去部分雜質，將所得釩的水解產物滴加稀氫氧化鈉溶解，過濾出去沉淀雜質，再利用陽離子交換樹脂取出微量的二價或者二價以上金屬陽離子雜質，所述水解沉釩時采用液態加胺的方式。2.根據權利要求1所述的一種基于高純度五氧化二釩的固態電池，其特征在于：所述基于高純度五氧化二釩的固態電池中鎂粉、鎂蒙脫石粉末、五氧化二釩復合材料和碳納米管的質量比為1:1:1:1。3.根據權利要求1或者2所述的一種基于高純度五氧化二釩的固態電池，其特征在于：所述五氧化二釩復合材料中高純度五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉末的質量比為5:4:1。4.一種基于高純度五氧化二釩的固態電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將多釩酸銨或者偏釩酸銨用氫氧化鈉溶液溶解，過濾除去沉淀雜質，得到釩酸鈉溶液；(2)向步驟(1)制備的釩酸鈉溶液中加入硫酸，溶液中釩濃度為40-60g/L，pH為1-2.4，在溫度為90-95℃下，攪拌反應50-80min水解沉釩；(3)將步驟(2)制備的溶液過濾后得到釩的水解產物和酸性沉釩廢水；(4)將步驟(3)制備的含釩水解產物加入去離子水中，滴加稀氫氧化鈉溶液，過濾得到含釩溶液，并向濾液中加入去離子水，將溶液中釩的濃度調為40-60g/L；(5)將步驟(4)制備的含釩溶液以0.5-3BV/h的流速通過離子交換柱，得到含釩凈化液；(6)將步驟(5)制備的含釩凈化液在攪拌狀態下，調節含釩凈化液的pH為8-9，緩慢倒入硫酸銨或者氯化銨溶液，攪拌反應30-40min，靜置60-90min，過濾得到偏釩銨固體和堿性沉釩廢水；(7)將步驟(6)制備的偏釩銨固體用氯化銨溶液洗滌1-2次，干燥后，在500-550℃下煅燒2-3h，得到高純度的五氧化二釩；(8)將步驟(7)制備的高純度五氧化二釩研磨碾碎形成五氧化二釩粉末，將五氧化二釩粉末、鎂蒙脫石粉末和碳納米管粉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王海燕，
申請(專利權)人：東莞市佳乾新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44