一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池及其制备方法，基于高纯度五氧化二钒的固态电池包括镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管，五氧化二钒复合材料包括高纯度五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉末，高纯度五氧化二钒粉末的制备方法是将酸性沉钒、碱性沉钒和阳离子交换除杂相结合，是在酸性条件下出去部分杂质，将所得钒的水解产物滴加稀氢氧化钠溶解，过滤出去沉淀杂质，再利用阳离子交换树脂取出微量的二价或者二价以上金属阳离子杂质，再将镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管以加压的方式制备形成固态电池。本发明专利技术制备方法简单，无需添加出杂剂，五氧化二钒纯度高，产品质量稳定，而且废料都可循环利用，经济环保。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池及其制备方法
本专利技术属于五氧化二钒固态电池材料
，具体涉及一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的飞速发展，人们对许多材料的需求量也越来越大，对材料的要求也越来越高。我国钒资源极其丰富，五氧化二钒储量占中国钒储量的一半以上。五氧化二钒可以作为合金原料、玻璃和陶瓷的着色剂、硫酸和是有工业的催化剂，在电池领域也十分重要的应用，但是目前市场上出售的五氧化二钒的纯度还不能满足这些领域的应用标准。目前，高纯度五氧化二钒的提纯方法大致分为萃取法、离子交换法、化学除杂和反复多次沉钒等。中国专利CN102923775A公开的一种高纯度五氧化二钒的制备方法，将粗钒作为原料，先溶于碱性溶液中去除金属杂质，再加入硫酸溶液中沉淀，再经碱溶液和硫酸铵溶液处理得到偏钒酸铵，高温烧结得到五氧化二钒纯度达99.99％的五氧化二钒。该方法制备工艺简单，但是工序多，且以粗钒作为原料产品的质量难以保证，且废水量大，成本高。中国专利CN104386747A公开的一种离子交换法制备高纯度钒氧化物的方法，以多钒酸铵溶液为原料，加入复合絮凝剂，过滤进行初步净化，再经离子交换系统得到深度净化，然后通入氨气，冷却结晶二道高纯度偏钒酸铵晶体，高温烧结得到纯度大于99.9％的五氧化二钒。该方法将离子交换法用于制备五氧化二钒，但是该制备方法成本较高，工艺较为繁琐，而且复合凝絮剂的添加也会引入新的杂质，降低了离子交换树脂的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池及其制备方法，是将酸性沉钒、碱性沉钒和阳离子交换除杂相结合，是在酸性条件下出去部分杂质，将所得钒的水解产物滴加稀氢氧化钠溶解，过滤出去沉淀杂质，再利用阳离子交换树脂取出微量的二价或者二价以上金属阳离子杂质，得到高纯度的五氧化二钒粉末，再将镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒和碳纳米管以加压的方式制备形成固态电池。本专利技术制备方法简单，无需添加出杂剂，五氧化二钒纯度高，产品质量稳定，而且废料都可循环利用，经济环保。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池，其特征在于，所述基于高纯度五氧化二钒的固态电池包括镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管，所述五氧化二钒复合材料包括高纯度五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉末，所述高纯度五氧化二钒粉末是将水解沉钒和阳离子交换除杂相结合，所述水解沉钒是将酸性沉钒和碱性沉钒结合，所述高纯度五氧化二钒粉末是在酸性条件下出去部分杂质，将所得钒的水解产物滴加稀氢氧化钠溶解，过滤出去沉淀杂质，再利用阳离子交换树脂取出微量的二价或者二价以上金属阳离子杂质，所述水解沉钒时采用液态加胺的方式。该方法采用水解沉钒除杂和调节pH沉淀除杂，极大地减少了溶液中杂质的含量，在通过阳离子交换树脂取出微量的多家金属阳离子杂质，从而保证了产品质量的稳定，而且延长了阳离子交换树脂的使用周期和使用寿命，使生产工艺简化，成本降低。作为上述技术方案的优选，所述基于高纯度五氧化二钒的固态电池中镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管的质量比为1:1:1:1。作为上述技术方案的优选，所述五氧化二钒复合材料中高纯度五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉末的质量比为5:4:1。本专利技术还提供一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将多钒酸铵或者偏钒酸铵用氢氧化钠溶液溶解，过滤除去沉淀杂质，得到钒酸钠溶液；(2)向步骤(1)制备的钒酸钠溶液中加入硫酸，溶液中钒浓度为40-60g/L，pH为1-2.4，在温度为90-95℃下，搅拌反应50-80min水解沉钒；(3)将步骤(2)制备的溶液过滤后得到钒的水解产物和酸性沉钒废水；(4)将步骤(3)制备的含钒水解产物加入去离子水中，滴加稀氢氧化钠溶液，过滤得到含钒溶液，并向滤液中加入去离子水，将溶液中钒的浓度调为40-60g/L；(5)将步骤(4)制备的含钒溶液以0.5-3BV/h的流速通过离子交换柱，得到含钒净化液；(6)将步骤(5)制备的含钒净化液在搅拌状态下，调节含钒净化液的pH为8-9，缓慢倒入硫酸铵或者氯化铵溶液，搅拌反应30-40min，静置60-90min，过滤得到偏钒铵固体和碱性沉钒废水；(7)将步骤(6)制备的偏钒铵固体用氯化铵溶液洗涤1-2次，干燥后，在500-550℃下煅烧2-3h，得到高纯度的五氧化二钒；优选地，高纯度的五氧化二钒的纯度为99.92-99.96％，其中Si、Cr、Ca、Fe、P、Al、Mn的含量均小于0.001％。(8)将步骤(7)制备的高纯度五氧化二钒研磨碾碎形成五氧化二钒粉末，将五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉末充分混合研磨，形成五氧化二钒复合材料；(9)将镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管依次填入不锈钢模具中，加压成型，形成基于高纯度五氧化二钒的固态电池。作为上述技术方案的优选，所述步骤(5)中，离子交换柱的再生方法为：先将用量为2-3倍床体积的盐酸溶液淋洗30-60min，再将用量为2-3倍床体积，质量分数为8-10％的氯化钠溶液或者硫酸钠与2-4％的氢氧化钠混合溶液淋洗30-60min，最后用去离子水洗至中性，所述盐酸溶液多次重复利用后，经过蒸馏将溶液中的氯化氢其他除尽排放，氯化氢气体经水吸收成盐酸溶液后再次利用，所述氢氧化钠或者氯化钠溶液经蒸发浓缩后，冷却结晶得到氯化钠或者硫酸钠晶体返回利用。作为上述技术方案的优选，所述步骤(6)中，硫酸铵或者氯化铵溶液中铵盐含量按照加铵系数为2-3得到。作为上述技术方案的优选，步骤(3)所述的酸性沉钒废水、步骤(6)所述的碱性沉钒废水和步骤(7)所述的洗涤的废水经处理后可循环再用，所述处理的方法为将步骤(3)所述的酸性沉钒废水过滤后，取其上清液部分加入硫酸吸收氨气，其余部分用于中和步骤(6)所述的碱性沉钒废水，将步骤(6)所述的碱性沉钒废水过滤后，部分加入适量的氢氧化钠和氯化钠，用于离子交换树脂的再生，部分用于步骤(1)中溶解多钒酸铵，将步骤(7)所述的洗涤的废水近过滤后，部分加入硫酸铵或者氯化铵固体后用于步骤(5)中，部分加入氢氧化钠用于步骤(3)中。作为上述技术方案的优选，所述步骤(9)中五氧化二钒复合材料中高纯度五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉末的质量比为5:4:1。作为上述技术方案的优选，所述步骤(9)中基于高纯度五氧化二钒的固态电池中镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管的质量比为1:1:1:1。作为上述技术方案的优选，所述步骤(9)中，加压成型的压力为3.5t/cm2。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术制备的基于高纯度五氧化二钒的固态电池中主要成分为镁粉、镁蒙脱石粉末、高纯度五氧化二钒粉末和碳纳米管，将高纯度五氧化二钒粉末与镁蒙脱石粉末和碳纳米管混合形成五氧化二钒复合材料，该五氧化二钒复合材料作为阴极材料，是电池具有较高的反应自由能变化，稳定的开路电流和良好的充放电性能。(2)本专利技术制备的基于高纯度五氧化二钒的固态电池中含有高纯度的五氧化二钒，采用水解沉钒和离子交换技术制备的五氧化二钒，制备工艺简单，无需添本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池，其特征在于：所述基于高纯度五氧化二钒的固态电池包括镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管，所述五氧化二钒复合材料包括高纯度五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉末，所述高纯度五氧化二钒粉末是将水解沉钒和阳离子交换除杂相结合，所述水解沉钒是将酸性沉钒和碱性沉钒结合，所述高纯度五氧化二钒粉末是在酸性条件下出去部分杂质，将所得钒的水解产物滴加稀氢氧化钠溶解，过滤出去沉淀杂质，再利用阳离子交换树脂取出微量的二价或者二价以上金属阳离子杂质，所述水解沉钒时采用液态加胺的方式。

【技术特征摘要】
1.一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池，其特征在于：所述基于高纯度五氧化二钒的固态电池包括镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管，所述五氧化二钒复合材料包括高纯度五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉末，所述高纯度五氧化二钒粉末是将水解沉钒和阳离子交换除杂相结合，所述水解沉钒是将酸性沉钒和碱性沉钒结合，所述高纯度五氧化二钒粉末是在酸性条件下出去部分杂质，将所得钒的水解产物滴加稀氢氧化钠溶解，过滤出去沉淀杂质，再利用阳离子交换树脂取出微量的二价或者二价以上金属阳离子杂质，所述水解沉钒时采用液态加胺的方式。2.根据权利要求1所述的一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池，其特征在于：所述基于高纯度五氧化二钒的固态电池中镁粉、镁蒙脱石粉末、五氧化二钒复合材料和碳纳米管的质量比为1:1:1:1。3.根据权利要求1或者2所述的一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池，其特征在于：所述五氧化二钒复合材料中高纯度五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉末的质量比为5:4:1。4.一种基于高纯度五氧化二钒的固态电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将多钒酸铵或者偏钒酸铵用氢氧化钠溶液溶解，过滤除去沉淀杂质，得到钒酸钠溶液；(2)向步骤(1)制备的钒酸钠溶液中加入硫酸，溶液中钒浓度为40-60g/L，pH为1-2.4，在温度为90-95℃下，搅拌反应50-80min水解沉钒；(3)将步骤(2)制备的溶液过滤后得到钒的水解产物和酸性沉钒废水；(4)将步骤(3)制备的含钒水解产物加入去离子水中，滴加稀氢氧化钠溶液，过滤得到含钒溶液，并向滤液中加入去离子水，将溶液中钒的浓度调为40-60g/L；(5)将步骤(4)制备的含钒溶液以0.5-3BV/h的流速通过离子交换柱，得到含钒净化液；(6)将步骤(5)制备的含钒净化液在搅拌状态下，调节含钒净化液的pH为8-9，缓慢倒入硫酸铵或者氯化铵溶液，搅拌反应30-40min，静置60-90min，过滤得到偏钒铵固体和碱性沉钒废水；(7)将步骤(6)制备的偏钒铵固体用氯化铵溶液洗涤1-2次，干燥后，在500-550℃下煅烧2-3h，得到高纯度的五氧化二钒；(8)将步骤(7)制备的高纯度五氧化二钒研磨碾碎形成五氧化二钒粉末，将五氧化二钒粉末、镁蒙脱石粉末和碳纳米管粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，
申请(专利权)人：东莞市佳乾新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44