[发明专利]一种高纯度钒电池电解液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池制备技术领域，具体地说，涉及一种用普通纯度的原料制备高纯度钒电池电解液的方法。

背景技术

钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery，缩写为VRB)，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池是一种非常具有发展前景的绿色环保储能电池，它在制造、使用和废弃过程中均不产生有害物质。具有特殊的电池结构，其活性物质贮存在电堆外部的储液罐中，钒电池与传统的固相蓄电池相比，具有浓差极化小、电池容量大且容易调整、寿命长、能耐受大电流充放、活性溶液可再生循环使用、不会产生污染环境的废弃物等优势，生产制造成本低，仅为铅蓄电池的20％～30％。钒电池成本与铅酸电池相近，它还可制备兆瓦级电池组，大功率长时间提供电能，因此钒电池在大规模储能领域具有锂离子电池、镍氢电池不可比拟的性价比优势。钒电池生产工艺简单，价格经济，电性能优异，与制造复杂、价格昂贵的燃料电池相比，无论是在大规模储能还是电动汽车动力电源的应用前景方面，都更具竞争实力。

钒电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一，它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质，它具有特殊的电池结构，可深度大电流密度放电；充电迅速；比能量高；价格低廉；应用领域十分广阔：如可作为大厦、机场、程控交换站备用电源；可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置；为潜艇、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等。

钒电解液常用的制备方法主要分为化学法和电化学法两种。化学法是指用钒的氧化物或化合物在一定的硫酸溶液中通过加热或加入一定量的还原剂的方法生产出钒电池用的钒/硫酸混合电解液。电化学法是直接将稳定剂与五氧化二钒和硫酸加入电解槽中电解制备出性能相对稳定的各价态钒电解液，电解液中钒离子浓度也可以达到0.25～10mol/L，满足不同浓度的钒电池需求。

为了保证钒电解液在钒电池中长期运行的稳定性，业界普遍认为需要制备高纯度的钒电解液，Fe、Cr、Si和Mn等杂质含量均需要控制在20ppm以下。现有技术是采用高纯钒制备工艺制备V₂O₅，再将V₂O₅溶解于高纯硫酸，用还原剂还原，反应完全后调整钒浓度，加入添加剂，置于隔膜电解池中电解，获得纯度较高的钒电池用电解液。

就目前的制备工艺而言，首先需要控制原料的杂质含量，而工艺过程用到多种原料，必然导致杂质含量增加，产品的纯度很难保证，生产成本也很高。目前市场上销售的V₂O₅牌号主要有V₂O₅98、V₂O₅99和V₂O₅99.5，其中杂质Fe、Cr、Si和Mn等的含量在0.02％～0.10％之间，即使用V₂O₅99.5作原料，也很难将杂质含量控制在20ppm以下。

CN 101651221A提供了一种制备钒电池用电解液的方法，包括以下步骤：A)将五氧化二钒或三氧化二钒溶于硫酸溶液中，B)加入还原剂，所述还原剂选自抗坏血酸、抗坏血酸酶、抗坏血酸衍生物、抗坏血酸盐、茶多酚、邻苯二酚、苯二酚、对苯二酚等化合物中的一种或多种。采用本发明的方法可以从钒氧化物直接制备高浓度的钒电池用电解液。

CN 101728560A涉及电池制造领域，具体地是一种制备钒电池负极电解液的方法，其特征在于采用工业高纯V₂O₅为原料，并加入适当添加剂和还原剂，在高纯氮气的保护下，直接采用化学法制备钒电池负极电解液。本发明的优点在于原料易得、成本低廉，反应条件简单、操作简便，制得的电解液中总钒浓度高、稳定性好、在低温环境下的使用性能显著提高，适于工业化生产。

所属技术领域的技术人员均知，在钒电池电解液的制备过程中要用到多种原料，必然导致杂质的含量增加，很难保证产品的纯度，相应的生产成本也很高。如何在控制生产成本的前提下，尽可能地提高电解液的纯度，降低杂质含量，并简化生产工艺，成为钒电池研究领域一个重要课题。

发明内容

本发明涉及的钒电池电解液制备工艺，旨在获得高纯度的钒电池电解液，可将Fe、Cr、Si和Mn等杂质含量均控制在10ppm以下，并可同时用作钒电池的正极电解液和负极电解液，满足钒电池使用要求，同时降低生产成本。

本发明的技术方案如下：