專利名稱：一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能量儲存領(lǐng)域，涉及電池材料的制造，特別是一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法。
背景技術(shù)：
全釩氧化還原液流電池是一種新型的儲能裝置，其由電堆、正負電解液儲槽及其他輔助控制裝置組成。其能量以正負極電解液的形式儲存，充放電過程中，在離子交換膜的兩側(cè)分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)正極反應(yīng)+IH+ +e'^ VO2+ + H2O E0 = 1. OOV負極反應(yīng)V3++e-— V2+ E0 = -0. 26V全釩氧化還原液流電池具有特殊的電池結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)深度大電流密度放電，其能量高，價格低廉。并且，它的制造、使用及廢棄過程均不產(chǎn)生有害物質(zhì)。所以，它的應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，可為大廈、機場等場所提供備用電源，可作為太陽能、光伏發(fā)電系統(tǒng)的配套儲能裝置， 也可用于電網(wǎng)調(diào)峰等。據(jù)申請人所知，雙極板是制造全釩氧化還原液流電池的關(guān)鍵材料之一，目前，常用的雙極板有金屬基雙極板、石墨類雙極板以及導(dǎo)電塑料類雙極板。例如中國專利文獻(專利申請?zhí)?006101^486. 4)公開的《一種帶有表面涂層的燃料電池金屬雙極板》，其結(jié)構(gòu)包括金屬基體，其特點是所述金屬基體表面設(shè)置有氮化鉻涂層；所述氮化鉻涂層厚度為 0. 5 μ m-10 μ m ；所述氮化鉻涂層為致密、無針孔的薄膜。該金屬雙極板采用離子束表面改性技術(shù)，在基體表面形成一層薄膜，以保持基體的形狀和精度；并要求涂層與基體間的結(jié)合力高、力求做到涂層均勻致密，從而使這種雙極板在燃料電池工作電位范圍內(nèi)具有較長的穩(wěn)定性和良好的機械特性。由于該發(fā)明對于薄膜的要求較高，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜。中國專利文獻(專利申請?zhí)?00310108021. 7)公開了《一種燃料電池石墨極板的制造方法》，其是采用熱壓力模壓一次成型，將預(yù)先按比例拌勻的石墨粉和樹脂混合，放入已經(jīng)預(yù)熱的模具中，熱壓力模壓成型，石墨粉和樹脂的混合比例為1 0.15 0.4;為改善成型質(zhì)量，還可在樹脂中加入固化劑和稀釋劑。該發(fā)明能夠增加極板的導(dǎo)電性，但其成本較尚ο申請人:在認真地分析和研究現(xiàn)有的雙極板及極板的制造和使用基本情況后認為， 金屬基極板由于耐腐蝕的原因，目前尚未大規(guī)模應(yīng)用，石墨雙極板雖已得到應(yīng)用，但還存在正極側(cè)有刻蝕現(xiàn)象以及機械強度差的缺點。而導(dǎo)電塑料的應(yīng)用正在悄然興起，這是由于導(dǎo)電塑料本身就具有密度小，加工成型容易，成本低，適合大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)等一些弓I人注目的特點，因此，導(dǎo)電塑料雙極板正在成為同行業(yè)研究的熱點，但其自身存在導(dǎo)電性差的缺點， 需要采取有效的技術(shù)措施和工藝方法認真地加以改進和克服。據(jù)有關(guān)資料介紹，為了提高導(dǎo)電塑料極板的導(dǎo)電性能，在傳統(tǒng)導(dǎo)電塑料極板制備過程中，往往會添加大量的導(dǎo)電碳黑，這不僅損害導(dǎo)電塑料極板的機械性能，而且在釩電池過充的情況下，作為正極的導(dǎo)電塑料極板表面會發(fā)生無定形碳黑流失現(xiàn)象，從而造成極板的體積電阻增大。并且，當釩電池循環(huán)運行時間比較長時，正極側(cè)的導(dǎo)電塑料極板會出現(xiàn)鼓包甚至分層的現(xiàn)象，嚴重影響釩電池的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，進行研究和改進，提出一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，通過本發(fā)明制備的雙極板，可以克服常規(guī)導(dǎo)電塑料雙極板導(dǎo)電性能的不足，并提高雙極板的壽命及機械性能。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用高分子樹脂和導(dǎo)電碳黑作為制作導(dǎo)電塑料雙極板的原料，在高分子樹脂中加入導(dǎo)電碳黑，形成高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物，其特征在于，采用金屬粉末，制作金屬微粒懸浮液，在高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物中，摻雜由金屬粉末制作的金屬微粒懸浮液，構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料，再通過模具壓制成型制備導(dǎo)電塑料雙極板，具體步驟是1)在高分子樹脂加入導(dǎo)電碳黑，按重量比進行混合配制，經(jīng)充分混合，攪拌均勻， 形成高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物；2)根據(jù)要求采用的導(dǎo)電塑料類型及用量配制金屬微粒懸浮液先選擇合適的金屬微粒類型，再稱取適量金屬粉末，往金屬粉末中加入液態(tài)表面改性劑，充分攪拌，形成金屬微粒懸浮液；3)將高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物同摻雜的金屬微粒懸浮液充分混合，攪拌均勻，使高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑及金屬微粒能夠均勻溶合在一起，構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料；4)再將構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料攪拌均勻后，置于固定漏斗中進行抽濾，并置于烘箱中烘干；5)構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料烘干后，再置于特定型的模具中模壓成型，制備成導(dǎo)電塑料雙極板。其特征在于，在形成的高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物中，高分子樹脂占總重量的70%——95%，導(dǎo)電碳黑為總重量的5%——30%。其特征在于，高分子樹脂采用ΡΕ、PP、PVC中的一種。其特征在于，高分子樹脂采用由PE、PP、PVC中的任意二種以任意比配比進行組合的混合物。其特征在于，高分子樹脂采用由PE、PP、PVC三種以任意配比進行組合的混合物。其特征在于，采用金屬粉末制作金屬微粒，再制成金屬微粒懸浮液。其特征在于，金屬微?？梢允墙饘兕w粒、金屬纖維、晶須或其他金屬微粒。其特征在于，構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料的金屬微粒，需要根據(jù)所制備成導(dǎo)電塑料雙極板對其塑料基體的要求不同以及導(dǎo)電碳黑的配比而選取適當劑量。本發(fā)明的優(yōu)點是，方法簡單，工藝合理，原料來源廣泛，便于實施。本發(fā)明生產(chǎn)的導(dǎo)電塑料雙極板與常規(guī)釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板不同，本發(fā)明在制作導(dǎo)電塑料的組分中摻雜適量金屬微粒，由此產(chǎn)生的積極效果是，可大幅提高高分子樹脂的含量以及降低導(dǎo)電碳黑的含量。能夠在保持導(dǎo)電塑料雙極板導(dǎo)電性的同時，大量減少導(dǎo)電碳黑的用量，并因此可提高極板的機械性能。


圖1、本發(fā)明的工藝流程圖
具體實施例方式下面，根據(jù)附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。如圖1所示，本發(fā)明的實施例1按本發(fā)明的工藝流程圖，采用高分子樹脂、導(dǎo)電碳黑為原料，按配比選取一定量的高分子樹脂，在選取的高分子樹脂中加入少量的導(dǎo)電碳黑， 形成高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物，在高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物中，高分子樹脂占總重量的70%——95%，導(dǎo)電碳黑為總重量的5%——30%。采用金屬粉末，制作金屬微粒懸浮液，作為摻雜用料。在高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物中適量摻雜由金屬粉末制成的金屬微粒懸浮液，構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料，再通過模具模壓成型制備導(dǎo)電塑料雙極板。所采用的基本工藝流程包括配料、混合、攪拌、抽濾及模壓成型多個具體步驟。一、配料、混合、攪拌步驟1)按比例將高分子樹脂原料與加入的少量的導(dǎo)電碳黑進行配制，經(jīng)充分混合，攪拌分散，形成高分子樹脂和導(dǎo)電碳黑的混合物；2)根據(jù)采用的導(dǎo)電塑料類型及用量配制金屬微粒懸浮液先選擇合適的金屬微粒類型，再按要求配制的金屬微粒懸浮液的用量，稱取適量金屬粉末，往金屬粉末中加入表面改性劑，充分攪拌分散，形成所需要的金屬微粒懸浮液；加入的表面改性劑為液態(tài)表面改性劑。3)將高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物同摻雜的金屬微粒懸浮液充分混合，攪拌分散，使高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑及金屬微粒能夠均勻溶合在一起，從而構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料。二、抽濾步驟4)再將構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料攪拌均勻后，置于固定漏斗中進行抽濾，并置于烘箱中烘干。三、模壓成型步驟5)構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料烘干后，置于特定型的模具中模壓成型，制備成導(dǎo)電塑料雙極板。實施例1根據(jù)上述具體步驟，能夠制備出導(dǎo)電性能及機械性能良好的釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板。在實施上述的具體步驟中，可以根據(jù)需要采取以下具體組份、配比和工藝措施1、在形成的高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物中，高分子樹脂占總重量的70%—— 95%，導(dǎo)電碳黑為總重量的5%——30% ；2、高分子樹脂采用ΡΕ、PP、PVC中的一種；3、高分子樹脂采用由PE、PP、PVC中的任意二種以任意比配比進行組合的組合物；4、高分子樹脂采用由PE、PP、PVC三種以任意配比進行組合的組合物。5、金屬粉末先制作金屬微粒，再制成的金屬微粒懸浮液；
6、金屬微?？梢允墙饘兕w粒、金屬纖維、晶須或其他金屬微粒。7、構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料的金屬微粒，要根據(jù)所需制備成導(dǎo)電塑料雙極板對其塑料基體的要求不同、以及導(dǎo)電碳黑的配比，而選取適當劑量。實例2 將PE、PP、PVC按質(zhì)量比30 40 30組成高分子樹脂混合物，這種由多種高分子樹脂組成的高分子樹脂混合物再與導(dǎo)電碳黑進行配制，高分子樹脂和導(dǎo)電碳黑兩種成份按照質(zhì)量比95 5充分混合，攪拌均勻分散形成高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物，將高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物與金屬微粒懸浮液按照質(zhì)量比90 10充分混合，攪拌均勻構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料，將制作導(dǎo)電塑料基體的物料置于固定漏斗中抽濾1小時，然后置于烘箱中烘干，烘干后放入模具中模壓成型，制得導(dǎo)電塑料雙極板。金屬微粒懸浮液根據(jù)采用的導(dǎo)電塑料類型及用量配制。具體制作辦法是，先選擇合適的金屬微粒類型，再按要求配制的金屬微粒懸浮液的用量，稱取適量金屬粉末，往金屬粉末中加入表面改性劑，充分攪拌分散，形成所需要的金屬微粒懸浮液；加入的表面改性劑為液態(tài)表面改性劑。其中，制作金屬微粒懸浮液所采用的金屬微?？梢允墙饘兕w粒、金屬纖維、晶須或其他金屬微粒。實施例3 將PE、PP按質(zhì)量比40 60組成高分子樹脂混合物，高分子樹脂和導(dǎo)電碳黑按照質(zhì)量比90 10充分混合，攪拌均勻形成高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物，將高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑混合物和金屬微粒懸浮液按照質(zhì)量比95 5充分混合，攪拌均勻制得導(dǎo)電塑料基體的物料，將導(dǎo)電塑料基體的物料置于固定漏斗中抽濾1小時，然后置于烘箱中烘干，烘干后放入特定型的模具中模壓成型，制得導(dǎo)電塑料雙極板。根據(jù)采用的導(dǎo)電塑料類型及用量配制金屬微粒懸浮液。具體制作辦法是，先選擇合適的金屬微粒類型，再按要求配制的金屬微粒懸浮液的用量，稱取適量金屬粉末，往金屬粉末中加入表面改性劑，充分攪拌分散，形成所需要的金屬微粒懸浮液；加入的表面改性劑為液態(tài)表面改性劑。其中，制作金屬微粒懸浮液所采用的金屬微?？梢允墙饘兕w粒、金屬纖維、晶須或其他金屬微粒。實施例4 將PP、PVC按質(zhì)量比50 50組成高分子樹脂的混合物。然后，高分子樹脂的混合物與導(dǎo)電碳黑進行混合配制，高分子樹脂和導(dǎo)電碳黑按照質(zhì)量比85 15充分混合，攪拌均勻，形成高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物，將高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物與金屬微粒懸浮液按照質(zhì)量比85 15充分混合，攪拌均勻，制得導(dǎo)電塑料基體的物料，將導(dǎo)電塑料基體的物料，置于固定漏斗中抽濾1小時，然后置于烘箱中烘干，烘干后放入特定型的模具中模壓成型，制得導(dǎo)電塑料雙極板。根據(jù)采用的導(dǎo)電塑料類型及用量配制金屬微粒懸浮液。 具體制作辦法是，先選擇合適的金屬微粒類型，再按要求配制的金屬微粒懸浮液的用量，稱取適量金屬粉末，往金屬粉末中加入表面改性劑，充分攪拌分散，形成所需要的金屬微粒懸浮液；加入的表面改性劑為液態(tài)表面改性劑。其中，制作金屬微粒懸浮液所采用的金屬微?？梢允墙饘兕w粒、金屬纖維、晶須或其他金屬微粒。
權(quán)利要求
1.一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，采用高分子樹脂和導(dǎo)電碳黑作為制作導(dǎo)電塑料雙極板的原料，在高分子樹脂中加入導(dǎo)電碳黑，形成高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物，其特征在于，采用金屬粉末，制作金屬微粒懸浮液，在高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物中，摻雜由金屬粉末制作的金屬微粒懸浮液，構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料，再通過模具壓制成型制備導(dǎo)電塑料雙極板，具體步驟是1)在高分子樹脂加入導(dǎo)電碳黑，按重量比進行混合配制，經(jīng)充分混合，攪拌均勻，形成高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物；2)根據(jù)要求采用的導(dǎo)電塑料類型及用量配制金屬微粒懸浮液先選擇合適的金屬微粒類型，再稱取適量金屬粉末，往金屬粉末中加入液態(tài)表面改性劑，充分攪拌，形成金屬微粒懸浮液；3)將高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物同摻雜的金屬微粒懸浮液充分混合，攪拌均勻， 使高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑及金屬微粒能夠均勻溶合在一起，構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料；4)再將構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料攪拌均勻后，置于固定漏斗中進行抽濾，并置于烘箱中烘干；5)構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料烘干后，再置于特定型的模具中模壓成型，制備成導(dǎo)電塑料雙極板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，其特征在于，在形成的高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑的混合物中，高分子樹脂占總重量的70%——95%，導(dǎo)電碳黑為總重量的5%——30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，其特征在于，高分子樹脂采用PE、PP、PVC中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，其特征在于，高分子樹脂采用由PE、PP、PVC中的任意二種以任意比配比進行組合的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，其特征在于，高分子樹脂采用由ΡΕ、PP、PVC三種以任意配比進行組合的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，其特征在于，采用金屬粉末制作金屬微粒，再制成金屬微粒懸浮液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，其特征在于，金屬微?？梢允墙饘兕w粒、金屬纖維、晶須或其他金屬微粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，其特征在于，構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料的金屬微粒，需要根據(jù)所制備成導(dǎo)電塑料雙極板對其塑料基體的要求不同以及導(dǎo)電碳黑的配比而選取適當劑量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板的制備方法，其采用高分子樹脂和導(dǎo)電碳黑作為制作導(dǎo)電塑料的原料，采用金屬粉末，制作金屬微粒懸浮液，在高分子樹脂和導(dǎo)電碳黑的混合物中，高分子樹脂與導(dǎo)電碳黑充分混合，再適量摻雜金屬微粒懸浮液，構(gòu)成制作導(dǎo)電塑料基體的物料，再通過模具壓成型制備導(dǎo)電塑料雙極板。金屬微粒懸浮液根據(jù)采用的導(dǎo)電塑料類型及用量配制。與常規(guī)釩電池用導(dǎo)電塑料雙極板不同的是，本發(fā)明在制作導(dǎo)電塑料的組分中摻雜適量金屬微粒，可大幅提高高分子樹脂的含量以及降低導(dǎo)電碳黑的含量。所制備的導(dǎo)電塑料雙極板，不但在導(dǎo)電性上有所改善，并且強度上也有提高。本發(fā)明的方法簡單，工藝合理，原料來源廣泛，便于實施。
文檔編號H01M4/88GK102324529SQ20111024915
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者劉晶, 劉飛, 李愛魁, 杜忠東, 羅傳仙, 郝彰翔, 陳家宏, 陳軒恕 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院, 國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司