CN111446478B - 一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法。其技术方案是：将富钒液蒸发浓缩至钒浓度为1～3mol/L，于搅拌条件下加入浓硫酸至硫酸浓度为2～6mol/L，即得电解液Ⅰ；将阳极复合电极和阴极复合电极置于电容去离子装置对应的正极端和负极端，在直流电压为0.5～3V条件下将电解液Ⅰ循环泵入电容去离子装置中，即得电解液Ⅱ；将电解液Ⅱ置于电解槽负极室，电解槽正极室通入与电解液Ⅱ酸度相同的硫酸溶液，在电流为1～5A条件下恒流电解至电解液价态为3.5价，即得电解液Ⅲ；向电解液Ⅲ中添加所述螯合剂，混合，即得钒电池电解液。本发明具有工艺流程短、环境友好和生产成本低的特点，制备的钒电池电解液电的化学性能好和稳定性强。

Description

一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法
技术领域
本发明属于钒电池电解液技术领域。具体涉及一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法。
背景技术
钒电池是一种新型绿色无污染化学储能电池，与其他储能电池相比，钒电池运行寿命长、操作维护费用低、可靠性高和安全性强，易于大规模化应用。钒电池电解液作为电池的重要组成部分，是电池的储能活性物质，钒电池电解液的性能直接决定了钒电池的性能。因此，研发性能良好、成本低廉的钒电池电解液的制备方法对于钒电池产业化、规模化发展具有十分重要的意义。
“一种钒液流电池用电解液的制备方法”(CN103066312A)专利技术，将高纯五氧化二钒溶于浓硫酸中进行活化，所得的(VO2)2SO4用去离子水溶解，然后倒入电解槽中进行电解还原，制得电解液。“全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法”(CN103904343A)专利技术，将三氧化二钒和五氧化二钒按照一定比例混匀后溶于硫酸中，过滤后所得滤液即为钒电池用电解液。“一种全钒氧化还原液流电池用电解液制备方法”(CN105006585A)专利技术，采用草酸等还原剂还原部分五氧化二钒，然后加入稳定剂，置于电解槽中恒电流电解，获得三价和四价钒的混合电解液。上述专利技术中，都将高纯的钒氧化物溶解于强酸中，通过高温活化或化学还原或电解法制得钒电解液，但工艺流程长，高纯钒固体原料价格昂贵。
“酸性富钒液制备钒电池电解液的方法”(CN105161746A)专利技术，采用将钒渣用稀硫酸酸浸，然后经过萃取除杂后加入浓硫酸得到酸性富钒液，再通入还原气体进行还原，得到四价钒溶液。“一种化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法”(CN104037439A)专利技术，采用含可溶性钒酸盐的固体或溶液，特别是钒钛磁铁矿炼钢后的钒矿渣浸出液为原料，经过除杂、酸性沉钒、多次碱浸沉钒得到钒酸铵，然后煅烧得到五氧化二钒，再用可溶性还原剂将五氧化二钒还原为四价钒溶液，经过电解得到钒电池正负极用电解液。上述专利技术中，采用钒渣作为原料虽能降低生产成本，但钒渣中钒品位较低、杂质离子浓度高，需要复杂的杂质去除工艺，以及沉钒后再溶解固体钒化合物，工艺流程较为繁琐。
“一种全钒离子液流电池电解液的制备方法”(CN101552346A)专利技术，采用硫酸、氢氟酸、次氯酸钠混合浸出钒页岩，再用硫代硫酸钠除杂，再经过两段萃取反萃后得到硫酸氧钒溶液。“一种全钒液流电池的硫酸氧钒电解液制备方法”(CN102683733A)专利技术，采用钒渣及石煤经浸出、萃取、树脂解析所得硫酸氧钒溶液，用碱金属或碱土金属的氧化物或氢氧化物调整pH，加入无机还原剂，再经过多级逆流萃取，制得硫酸氧钒反萃取液，调整pH后加入有机还原剂调整溶液电位值，经萃取后得硫酸氧钒溶液，再蒸馏至钒电池所需浓度。上述专利技术都需要调整pH、多次萃取或离子交换或添加化学药剂进行除杂，工艺过程复杂，且添加还原剂、酸液、碱液不仅使成本提高，且产生废水污染环境。
“一种石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法”(CN105603191B)专利技术，采用将ZG-A-PX氢氧型阴离子粉末树脂、HYSENEXTM NPW-OH氢氧型阴离子粉末树脂、D201大孔径阴离子交换树脂、D314大孔径阴离子交换树脂涂覆在高纯石墨片或钛板上制成复合电极，将复合电极置于电容去离子组件中，对石煤提钒酸浸液进行除杂处理。该方法处理的石煤提钒酸浸液中钒浓度为500～3000mg/L，杂质离子磷浓度为50～1000mg/L，铝浓度为2000～10000mg/L，溶液pH为0.3～1.0。该方法适用于处理钒浓度低、酸浓度低、杂质离子浓度较高的酸浸液，且只能除去部分以阴离子形式存在的磷、铝杂质离子。“一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法”(CN106191439B)专利技术，采用D860大孔型阳离子交换树脂、001凝胶型阳离子交换树脂、AG50W-X8阳离子交换树脂制成复合电极，吸附富集石煤提钒酸浸液中的钒离子。上述方法采用复合电极进行吸附酸浸液中的钒离子，然后将吸附后的复合电极板在稀硫酸中进行脱附处理得到富钒液，从而达到除杂的目的。“一种不对称电容去离子模块的电极制备及应用”(CN105540764B)专利技术，采用经过表面修饰的活性炭作为电容去离子的电极活性物质进行咸水的脱盐处理，而活性炭不具有选择性吸附能力，杂质离子去除效果不理想。“一种消除全钒液流电池电解液杂质影响的方法”(CN106997958A)专利技术，采用向电解液中加入络合剂的方法，消除电解液中杂质离子的影响，该方法适用于电解液中杂质离子浓度较低的情况，而当溶液中杂质离子浓度较高时，则需要考虑进行初步除杂。
综上所述，目前制备的钒电池电解液，主要是以纯度高于99.5％的五氧化二钒或硫酸氧钒等固体钒化合物为原料，化学还原或电解后制成电解液，存在着生产成本较高的问题；而采用价格低廉的钒原料制备电解液，则需要经过多次萃取或离子交换除杂、沉钒、硫酸溶解等过程，存在着工艺繁琐、产生废水污染环境等问题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的在于提供一种工艺流程短、环境友好和生产成本低的以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法，用该方法制备的钒电池电解液具有良好的电化学性能和优异的稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案步骤如下：
步骤一、先将富钒液蒸发浓缩至钒浓度为1～3mol/L的钒溶液，然后在搅拌条件下加入浓硫酸进行酸化，直至所述钒溶液中的硫酸浓度为2～6mol/L，即得电解液Ⅰ。
步骤二、先按碳材料∶阴离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(0.5～5)∶(0.05～0.5)∶(2～10)配料，将所述碳材料、所述阴离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌2～6h，得到混合液Ⅰ。再将所述混合液Ⅰ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在40～75℃条件下烘干，制得阳极复合电极。
所述阴离子交换树脂为伯胺基阴离子交换树脂、仲胺基阴离子交换树脂和叔胺基阴离子交换树脂中的一种以上；所述阴离子交换树脂的粒度小于74μm占60～85wt％。
步骤三、先按碳材料∶阳离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(0.5～5)∶(0.05～0.5)∶(2～10)配料，将所述碳材料、所述阳离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌2～6h，得到混合液Ⅱ。再将所述混合液Ⅱ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在40～75℃条件下烘干，制得阴极复合电极。
所述阳离子交换树脂为磺酸基阳离子交换树脂、羧基阳离子交换树脂、硫脲基阳离子交换树脂和亚胺二乙酸基阳离子交换树脂中的一种以上；所述阳离子交换树脂的粒度小于74μm占60～85wt％。
步骤四、先将所述阳极复合电极和所述阴极复合电极置于电容去离子装置对应的正极端和负极端，接通直流电源，设定电压为0.5～3V，再将所述电解液Ⅰ循环泵入电容去离子装置中，所述电解液Ⅰ通过每平方米复合电极的流量为5～40L/min，循环时间为0.5～6h，即得电解液Ⅱ。
所述复合电极为所述阳极复合电极和所述阴极复合电极。
步骤五、先将所述电解液Ⅱ置于电解槽负极室，再向电解槽正极室加入硫酸溶液，所述硫酸溶液的酸度与所述电解液Ⅱ的酸度相同；然后接通电源，在电流为1～5A条件下恒流电解至电解液价态为3.5价，即得电解液Ⅲ。
步骤六、按螯合剂∶所述电解液Ⅲ中杂质离子的摩尔比为1∶1～10，向所述电解液Ⅲ中添加所述螯合剂，混合，即得钒电池电解液。
所述螯合剂为氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、8-羟基喹啉、柠檬酸铵和多磷酸盐中的一种以上。
所述富钒液的化学成分是：钒浓度为5～120g/L；铁浓度为0.5～2g/L；铝浓度为0.3～5g/L；镁浓度为0.5～1.5g/L；钾浓度为0.2～0.5g/L；钠浓度为0.2～1g/L。
步骤二和步骤三所述碳材料为活性炭、石墨烯、碳纳米管和乙炔炭黑中的一种以上，碳材料的粒度小于74μm占60～85wt％。
步骤二和步骤三所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚乙烯醇中的一种以上。
步骤二和步骤三所述有机溶剂为乙醇、丙酮、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种。
由于采用上述方法，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明采用以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法，避免了由价格昂贵的高纯钒固体制备电解液导致电解液生产成本高的问题，同时省去了由含钒溶液经过复杂的杂质去除工艺制备钒化合物固体，再由钒化合物固体通过添加还原剂或氧化剂、酸液或碱液溶解制成电解液的复杂工艺，简化了电解液制备工艺，缩短了工艺流程，降低了生产成本，并且采用对环境无污染的电容去离子法和电解法，无有毒有害的气体或液体产生。因此具有工艺流程短、生产成本低和环境友好的优点。
2、本发明的以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法中，电容去离子装置内的阳极复合电极涂覆阴离子交换树脂，而阴极复合电极涂覆阳离子交换树脂，增强了复合电极对杂质离子的选择性吸附性能，使溶液中的杂质离子去除率高；而电解可以消除由电容去离子处理造成的钒离子价态失衡问题，将电解液价态调整至3.5价，再通过添加螯合剂可以进一步提升电解液的电化学性能和稳定性。因此，制备的电解液杂质离子浓度均低于100mg/L，电解液中钒离子价态为稳定的3.5价，电解液具有良好的电化学性能和优异的稳定性。
本发明以富钒液为原料制备的钒电池电解液，装入钒电池充放电测试系统中，进行充放电循环500次：库伦效率为90～97％；能量效率为71～77％。以富钒液为原料制备的钒电池电解液的电化学性能经循环伏安测试表明，制备的钒电池电解液具有良好的电化学性能。
因此，本发明工艺流程短、环境友好和生产成本低，所制备钒电池电解液具有良好电化学性能和优异的稳定性的特点。
附图说明
图1为本发明的一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的循环伏安曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述阴离子交换树脂为伯胺基阴离子交换树脂、仲胺基阴离子交换树脂和叔胺基阴离子交换树脂中的一种以上；所述阴离子交换树脂的粒度小于74μm占60～85wt％。
所述阳离子交换树脂为磺酸基阳离子交换树脂、羧基阳离子交换树脂、硫脲基阳离子交换树脂和亚胺二乙酸基阳离子交换树脂中的一种以上；所述阳离子交换树脂的粒度小于74μm占60～85wt％。
所述螯合剂为氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、8-羟基喹啉、柠檬酸铵和多磷酸盐中的一种以上。
步骤二和步骤三所述碳材料为活性炭、石墨烯、碳纳米管和乙炔炭黑中的一种以上，碳材料的粒度小于74μm占60～85wt％。
步骤二和步骤三所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚乙烯醇中的一种以上。
步骤二和步骤三所述有机溶剂为乙醇、丙酮、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种。
实施例1
一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
步骤一、先将富钒液蒸发浓缩至钒浓度为1～1.5mol/L的钒溶液，然后在搅拌条件下加入浓硫酸进行酸化，直至所述钒溶液中的硫酸浓度为2～3mol/L，即得电解液Ⅰ。
步骤二、先按碳材料∶阴离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(0.5～2)∶(0.05～0.2)∶(2～4)配料，将所述碳材料、所述阴离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌2～3h，得到混合液Ⅰ。再将所述混合液Ⅰ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在40～60℃条件下烘干，制得阳极复合电极。
步骤三、先按碳材料∶阳离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(0.5～2)∶(0.05～0.2)∶(2～4)配料，将所述碳材料、所述阳离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌2～3h，得到混合液Ⅱ。再将所述混合液Ⅱ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在40～60℃条件下烘干，制得阴极复合电极。
步骤四、先将所述阳极复合电极和所述阴极复合电极置于电容去离子装置对应的正极端和负极端，接通直流电源，设定电压为0.5～1.5V，再将所述电解液Ⅰ循环泵入电容去离子装置中，所述电解液Ⅰ通过每平方米复合电极的流量为5～15L/min，循环时间为0.5～3h，即得电解液Ⅱ。
所述复合电极为所述阳极复合电极和所述阴极复合电极。
步骤五、先将所述电解液Ⅱ置于电解槽负极室，再向电解槽正极室加入硫酸溶液，所述硫酸溶液的酸度与所述电解液Ⅱ的酸度相同；然后接通电源，在电流为1～2A条件下恒流电解至电解液价态为3.5价，即得电解液Ⅲ。
步骤六、按螯合剂∶所述电解液Ⅲ中杂质离子的摩尔比为1∶1～4，向所述电解液Ⅲ中添加所述螯合剂，混合，即得钒电池电解液。
所述富钒液的化学成分是：钒浓度为5～60g/L；铁浓度为0.5～1g/L；铝浓度为0.3～2g/L；镁浓度为0.5～0.9g/L；钾浓度为0.2～0.4g/L；钠浓度为0.2～0.6g/L。
本实施例以富钒液为原料制备的钒电池电解液，装入钒电池充放电测试系统中，进行充放电循环500次：库伦效率为90～95％；能量效率为71～74％。
实施例2
一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
步骤一、先将富钒液蒸发浓缩至钒浓度为1.5～2mol/L的钒溶液，然后在搅拌条件下加入浓硫酸进行酸化，直至所述钒溶液中的硫酸浓度为3～4mol/L，即得电解液Ⅰ。
步骤二、先按碳材料∶阴离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(2～3)∶(0.2～0.3)∶(4～6)配料，将所述碳材料、所述阴离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌3～4h，得到混合液Ⅰ。再将所述混合液Ⅰ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在45～65℃条件下烘干，制得阳极复合电极。
步骤三、先按碳材料∶阳离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(2～3)∶(0.2～0.3)∶(4～6)配料，将所述碳材料、所述阳离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌3～4h，得到混合液Ⅱ。再将所述混合液Ⅱ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在45～65℃条件下烘干，制得阴极复合电极。
步骤四、先将所述阳极复合电极和所述阴极复合电极置于电容去离子装置对应的正极端和负极端，接通直流电源，设定电压为1～2V，再将所述电解液Ⅰ循环泵入电容去离子装置中，所述电解液Ⅰ通过每平方米复合电极的流量为10～20L/min，循环时间为2～4h，即得电解液Ⅱ。
所述复合电极为所述阳极复合电极和所述阴极复合电极。
步骤五、先将所述电解液Ⅱ置于电解槽负极室，再向电解槽正极室加入硫酸溶液，所述硫酸溶液的酸度与所述电解液Ⅱ的酸度相同；然后接通电源，在电流为2～3A条件下恒流电解至电解液价态为3.5价，即得电解液Ⅲ。
步骤六、按螯合剂∶所述电解液Ⅲ中杂质离子的摩尔比为1∶3～6，向所述电解液Ⅲ中添加所述螯合剂，混合，即得钒电池电解液。
所述的富钒液的化学成分是：钒浓度为30～80g/L；铁浓度为0.8～1.3g/L；铝浓度为1.5～3g/L；镁浓度为0.7～1.1g/L；钾浓度为0.2～0.4g/L；钠浓度为0.3～0.7g/L。
本实施例以富钒液为原料制备的钒电池电解液，装入钒电池充放电测试系统中，进行充放电循环500次：库伦效率为92～96％；能量效率为73～75％。
实施例3
一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
步骤一、先将富钒液蒸发浓缩至钒浓度为2～2.5mol/L的钒溶液，然后在搅拌条件下加入浓硫酸进行酸化，直至所述钒溶液中的硫酸浓度为4～5mol/L，即得电解液Ⅰ。
步骤二、先按碳材料∶阴离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(3～4)∶(0.3～0.4)∶(6～8)配料，将所述碳材料、所述阴离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌4～5h，得到混合液Ⅰ。再将所述混合液Ⅰ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在50～70℃条件下烘干，制得阳极复合电极。
步骤三、先按碳材料∶阳离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(3～4)∶(0.3～0.4)∶(6～8)配料，将所述碳材料、所述阳离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌4～5h，得到混合液Ⅱ。再将所述混合液Ⅱ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在50～70℃条件下烘干，制得阴极复合电极。
步骤四、先将所述阳极复合电极和所述阴极复合电极置于电容去离子装置对应的正极端和负极端，接通直流电源，设定电压为1.5～2.5V，再将所述电解液Ⅰ循环泵入电容去离子装置中，所述电解液Ⅰ通过每平方米复合电极的流量为20～30L/min，循环时间为3～5h，即得电解液Ⅱ。
所述复合电极为所述阳极复合电极和所述阴极复合电极。
步骤五、先将所述电解液Ⅱ置于电解槽负极室，再向电解槽正极室加入硫酸溶液，所述硫酸溶液的酸度与所述电解液Ⅱ的酸度相同；然后接通电源，在电流为3～4A条件下恒流电解至电解液价态为3.5价，即得电解液Ⅲ。
步骤六、按螯合剂∶所述电解液Ⅲ中杂质离子的摩尔比为1∶5～8，向所述电解液Ⅲ中添加所述螯合剂，混合，即得钒电池电解液。
所述富钒液的化学成分是：钒浓度为50～120g/L；铁浓度为1.2～1.7g/L；铝浓度为2.5～4g/L；镁浓度为0.9～1.3g/L；钾浓度为0.3～0.5g/L；钠浓度为0.4～0.8g/L。
本实施例以富钒液为原料制备的钒电池电解液，装入钒电池充放电测试系统中，进行充放电循环500次：库伦效率为95～97％：能量效率为74～78％。
实施例4
一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
步骤一、先将富钒液蒸发浓缩至钒浓度为2.5～3mol/L的钒溶液，然后在搅拌条件下加入浓硫酸进行酸化，直至所述钒溶液中的硫酸浓度为5～6mol/L，即得电解液Ⅰ。
步骤二、先按碳材料∶阴离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(4～5)∶(0.4～0.5)∶(8～10)配料，将所述碳材料、所述阴离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌5～6h，得到混合液Ⅰ。再将所述混合液Ⅰ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在55～75℃条件下烘干，制得阳极复合电极。
步骤三、先按碳材料∶阳离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(4～5)∶(0.4～0.5)∶(8～10)配料，将所述碳材料、所述阳离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌5～6h，得到混合液Ⅱ。再将所述混合液Ⅱ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在55～75℃条件下烘干，制得阴极复合电极。
步骤四、先将所述阳极复合电极和所述阴极复合电极置于电容去离子装置对应的正极端和负极端，接通直流电源，设定电压为2～3V，再所述将电解液Ⅰ循环泵入电容去离子装置中，所述电解液Ⅰ通过每平方米复合电极的流量为30～40L/min，循环时间为4～6h，即得电解液Ⅱ。
所述复合电极为所述阳极复合电极和所述阴极复合电极。
步骤五、先将所述电解液Ⅱ置于电解槽负极室，再向电解槽正极室加入硫酸溶液，所述硫酸溶液的酸度与所述电解液Ⅱ的酸度相同；然后接通电源，在电流为4～5A条件下恒流电解至电解液价态为3.5价，即得电解液Ⅲ。
步骤六、按螯合剂∶所述电解液Ⅲ中杂质离子的摩尔比为1∶7～10，向所述电解液Ⅲ中添加所述螯合剂，混合，即得钒电池电解液。
所述富钒液的化学成分是：钒浓度为70～120g/L；铁浓度为1.5～2g/L；铝浓度为3.5～5g/L；镁浓度为1.1～1.5g/L；钾浓度为0.3～0.5g/L；钠浓度为0.6～1g/L。
本实施例以富钒液为原料制备的钒电池电解液，装入钒电池充放电测试系统中，进行充放电循环500次：库伦效率为94～97％；能量效率为74～77％。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式以以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法，避免了由价格昂贵的高纯钒固体制备电解液导致电解液生产成本高的问题，同时省去了由含钒溶液经过复杂的杂质去除工艺制备钒化合物固体，再由钒化合物固体通过添加还原剂或氧化剂、酸液或碱液溶解制成电解液的复杂工艺，简化了电解液制备工艺，缩短了工艺流程，降低了生产成本，并且采用对环境无污染的电容去离子法和电解法，无有毒有害的气体或液体产生。因此具有工艺流程短、生产成本低和环境友好的优点。
2、本具体实施方式以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法中，电容去离子装置内的阳极复合电极涂覆阴离子交换树脂，而阴极复合电极涂覆阳离子交换树脂，增强了复合电极对杂质离子的选择性吸附性能，使溶液中的杂质离子去除率高；而电解可以消除由电容去离子处理造成的钒离子价态失衡问题，将电解液价态调整至3.5价，再通过添加螯合剂可以进一步提升电解液的电化学性能和稳定性。因此，制备的电解液杂质离子浓度均低于100mg/L，电解液中钒离子价态为稳定的3.5价，电解液具有良好的电化学性能和优异的稳定性。
本具体实施方式以富钒液为原料制备的钒电池电解液，装入钒电池充放电测试系统中，进行充放电循环500次：库伦效率为90～97％；能量效率为71～77％。以富钒液为原料制备的钒电池电解液经电化学性能测试如图1所示，图1为实施例4中的一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的循环伏安曲线图，循环伏安测试表明，制备的钒电池电解液具有良好的电化学性能。
因此，本具体实施方式工艺流程短、环境友好和生产成本低，所制备钒电池电解液具有良好电化学性能和优异的稳定性的特点。

Claims (4)

1.一种以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法，其特征在于所述方法的具体步骤是：
步骤一、先将富钒液蒸发浓缩至钒浓度为1～3mol/L的钒溶液，然后在搅拌条件下加入浓硫酸进行酸化，直至所述钒溶液中的硫酸浓度为2～6mol/L，即得电解液Ⅰ；
步骤二、先按碳材料∶阴离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(0.5～5)∶(0.05～0.5)∶(2～10)配料，将所述碳材料、所述阴离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌2～6h，得到混合液Ⅰ；再将所述混合液Ⅰ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在40～75℃条件下烘干，制得阳极复合电极；
所述阴离子交换树脂为伯胺基阴离子交换树脂、仲胺基阴离子交换树脂和叔胺基阴离子交换树脂中的一种以上；所述阴离子交换树脂的粒度小于74μm占60～85wt％；
步骤三、先按碳材料∶阳离子交换树脂∶粘结剂∶有机溶剂的质量比为1∶(0.5～5)∶(0.05～0.5)∶(2～10)配料，将所述碳材料、所述阳离子交换树脂、所述粘结剂和所述有机溶剂混合，搅拌2～6h，得到混合液Ⅱ；再将所述混合液Ⅱ均匀地喷覆或涂抹在石墨毡电极上，然后在40～75℃条件下烘干，制得阴极复合电极；
所述阳离子交换树脂为磺酸基阳离子交换树脂、羧基阳离子交换树脂、硫脲基阳离子交换树脂和亚胺二乙酸基阳离子交换树脂中的一种以上；所述阳离子交换树脂的粒度小于74μm占60～85wt％；
步骤四、先将所述阳极复合电极和所述阴极复合电极置于电容去离子装置对应的正极端和负极端，接通直流电源，设定电压为0.5～3V，再将所述电解液Ⅰ循环泵入电容去离子装置中，所述电解液Ⅰ通过每平方米复合电极的流量为5～40L/min，循环时间为0.5～6h，即得电解液Ⅱ；
所述复合电极为所述阳极复合电极和所述阴极复合电极；
步骤五、先将所述电解液Ⅱ置于电解槽负极室，再向电解槽正极室加入硫酸溶液，所述硫酸溶液的酸度与所述电解液Ⅱ的酸度相同；然后接通电源，在电流为1～5A条件下恒流电解至电解液中钒离子价态为3.5价，即得电解液Ⅲ；
步骤六、按螯合剂∶所述电解液Ⅲ中杂质离子的摩尔比为1∶1～10，向所述电解液Ⅲ中添加所述螯合剂，混合，即得钒电池电解液；
所述螯合剂为氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、8-羟基喹啉、柠檬酸铵、多磷酸盐中的一种以上；
所述富钒液的化学成分是：钒浓度为5～120g/L；铁浓度为0.5～2g/L；铝浓度为0.3～5g/L；镁浓度为0.5～1.5g/L；钾浓度为0.2～0.5g/L；钠浓度为0.2～1g/L。
2.根据权利要求1所述的以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法，其特征在于步骤二和步骤三所述碳材料为活性炭、石墨烯、碳纳米管和乙炔炭黑中的一种以上，碳材料的粒度小于74μm占60～85wt％。
3.根据权利要求1所述的以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法，其特征在于步骤二和步骤三所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚乙烯醇中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的以富钒液为原料制备钒电池电解液的方法，其特征在于步骤二和步骤三所述有机溶剂为乙醇、丙酮、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种。
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