專利名稱：一種釩電池用雙極板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釩電池制造領(lǐng)域，具體為一種釩電池用新型雙極板及其制備方法。
背景技術(shù)：
釩電池，全稱為全釩離子氧化還原液流電池，是一種新型綠色環(huán)保電池。雙極板是全釩液流電池的關(guān)鍵部件之一，起 著連接不同單電池的正負(fù)極并導(dǎo)通電池內(nèi)電路的作用，要求其具備良好的導(dǎo)電性、高機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)氧化和電化學(xué)腐蝕性能。目前，釩電池能用的雙極板有石墨板成本高,加工難,尺寸??；金屬基不耐腐蝕,成本高；導(dǎo)電塑料成本低，導(dǎo)電性差，機(jī)械強(qiáng)度低。釩電池要滿足商業(yè)化、規(guī)模化要求，需要進(jìn)一步降低電池成本、進(jìn)一步提高電池可靠性，而核心問題就是降低電池內(nèi)阻，而雙極板和電極材料電阻以及之間的接觸電阻占電池內(nèi)阻40%以上，所以釩電池能否商業(yè)化關(guān)鍵在于，降低雙極板和電極材料電阻以及之間的接觸電阻。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種釩電池用新型雙極板及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中聚合物-碳素材料復(fù)合雙極板電阻率過高以及接觸電阻過大等問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為—種鑰;電池用雙極板，包括電極、導(dǎo)電劑、骨架層，骨架層的兩側(cè)分別為電極，電極與骨架層之間通過導(dǎo)電劑粘接在一起，構(gòu)成一體化釩電池用雙極板。本發(fā)明中，骨架層為高分子樹脂粉末和電極組成，高分子樹脂粉末填充于電極中，聞分子樹脂粉末占電極體積的20 60%。本發(fā)明中，導(dǎo)電劑為高分子樹脂粉末和導(dǎo)電填料組成，高分子樹脂粉末和導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為(I 1) (I :10)。所述釩電池用雙極板的制備方法，高分子樹脂粉末和電極放入溶劑中浸泡，將浸泡后的電極在烘箱中將溶劑揮發(fā)后作為骨架層，在骨架層表面均勻涂導(dǎo)電劑，電極與骨架層通過導(dǎo)電劑粘接在一起制得雙極板；其電阻率可以達(dá)到O. 03 O. I Ω . Cm，與電極之間接觸好，可降低釩電池電阻，提高釩電池性能。本發(fā)明中，電極采用碳?xì)趾?或石墨氈，碳?xì)只蚴珰值捏w積密度為0.05 O. 20g/cm3。本發(fā)明中，高分子樹脂粉末可以采用聚乙烯樹脂(PE)、聚丙烯樹脂(PP)、聚氯乙烯樹脂(PVC)、丙烯酸樹脂粉末(PA，尼龍)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一種或一種以上。高分子樹脂PE、PP、PVC、PA、ABS的粉末粒度為10 μ m 600 μ m，優(yōu)選的粒度為 10 μ m 100 μ m。本發(fā)明中，溶劑為水、無水乙醇、異丙醇或煤油之一。本發(fā)明中，高分子樹脂粉末與溶劑的質(zhì)量比例為(I :1) (I :10)，優(yōu)選的質(zhì)量比例為(I :2) (I :5)。所述釩電池用雙極板的制備方法，具體步驟如下I)將電極和高分子樹脂粉末放入溶劑中浸泡，浸泡方法包括超聲波震蕩、攪拌器攪拌或噴槍噴淋，高分子樹脂粉末填充于電極中，烘干后制成骨架層。2)將高分子樹脂粉末和導(dǎo)電填料按質(zhì)量比(I :1) (I :10)通過高混機(jī)混合均勻，制成導(dǎo)電劑；其中，導(dǎo)電填料為導(dǎo)電碳黑；或者，導(dǎo)電劑以導(dǎo)電碳黑為主劑，石墨粉或碳纖維粉為輔劑；導(dǎo)電碳黑粒度為ΙΟμπι 500μπι，石墨粉粒度為ΙΟΟμπι 800μπι，碳纖維粉粒度為IOym 200μπι。當(dāng)選擇石墨粉與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二者質(zhì)量比為(I :1) (I :10)，優(yōu)選的質(zhì)量比為(I :2) (I :5);當(dāng)選擇碳纖維粉與導(dǎo)電碳黑時(shí),二者質(zhì)量比為(I :1) (I 10),優(yōu)選的質(zhì)量比為(I :2) (I :5)。 3)將導(dǎo)電劑涂在骨架層表面，骨架層與電極熱壓后制成雙極板；熱壓溫度為100 300°C，熱壓時(shí)間為5 200min，熱壓壓力為O. I 25MPa。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明釩電池用新型雙極板的制備方法是以石墨氈中注入樹脂作為骨架，再同電極粘接復(fù)合成一體，消除了之間的接觸電阻，并且保證了電池的可靠性，解決了釩電池中雙極板電阻過大，電池功率低的問題，2、本發(fā)明的新型雙極板其電阻率可以達(dá)到O. 03 O. I Ω. cm，保證了釩電池材料一致性要求，新型雙極板由三部分組成，分別為電極-骨架層-電極，電極與骨架層通過導(dǎo)電劑粘接在一起構(gòu)成一體化電極。其中電極為具有電化學(xué)活性的碳?xì)只蛘呤珰?；高分子樹脂粉末和電極放入溶劑中浸泡，將浸泡后的電極在烘箱中將溶劑揮發(fā)后作為骨架層；導(dǎo)電劑為導(dǎo)電性好、耐腐蝕、粘性好的有機(jī)材料。本發(fā)明的雙極板導(dǎo)電率高、與電極之間接觸好，可降低釩電池電阻，提高釩電池功率，從而降低釩電池成本，并保證釩電池的可靠性。


圖I為釩電池用雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I電極，2導(dǎo)電劑，3骨架層。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明釩電池用雙極板包括電極I、導(dǎo)電劑2、骨架層3，骨架層3的兩側(cè)分別為電極1，電極I與骨架層3之間通過導(dǎo)電劑2粘接在一起，構(gòu)成一體化釩電池用雙極板。本發(fā)明采用釩電池作為具體實(shí)施方式
的實(shí)施例，下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。實(shí)施例I取石墨租電極(規(guī)格560mmX寬320mmX厚5mm,體積密度為O. 10g/cm3)和聚乙烯樹脂粉末(PE)20g，去離子水50mL，在超聲池中超聲處理5h，取出后在烘箱中90°C待水蒸發(fā)掉后，取出作為骨架層，聚乙烯樹脂粉末填充于石墨氈電極中，聚乙烯樹脂粉末占石墨氈電極體積的50%。再取IOg導(dǎo)電碳黑，5g碳纖維粉，聚乙烯樹脂粉末15g置于高混機(jī)中，攪拌速度800轉(zhuǎn)/分，攪拌20min，制成導(dǎo)電劑。然后將導(dǎo)電劑放在骨架層，上下表面再放上石墨氈進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為180°C，熱壓時(shí)間為20min，壓力為IMPa，得到釩電池用一種新型雙極板。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. I Ω. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率91%，電壓效率80%，能量效率73%。實(shí)施例2取石墨租電極(規(guī)格長(zhǎng)560mmX寬320mmX厚6mm,體積密度為O. 15g/cm3)和聚丙烯樹脂粉末(PP) 20g，去離子水40mL，在超聲池中超聲處理30min，取出后在烘箱中90°C待水蒸發(fā)掉后，取出作為骨架層，聚丙烯樹脂粉末填充于石墨氈電極中，聚丙烯樹脂粉末占石墨租電極體積的60%。再取15g導(dǎo)電碳黑，5g碳纖維粉,聚丙烯粉末25g置于高混機(jī)中，攪拌速度600轉(zhuǎn)/分，攪拌20min，制成導(dǎo)電劑。然后將導(dǎo)電劑放在骨架層，上下表面再放上石墨氈進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為190°C，熱壓時(shí)間為30min，壓力為O. 3MPa，得到釩電池用一種新型雙極板。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 06Ω. cm。作為釩電池正負(fù)極 集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率91%，電壓效率81%，能量效率74%。實(shí)施例3取石墨租電極(規(guī)格560mmX寬320mmX厚5mm,體積密度為O. 05g/cm3)和丙烯酸樹脂粉末(PA)20g，去離子水50mL，在超聲池中超聲處理5h，取出后在烘箱中90°C待水蒸發(fā)掉后，取出作為骨架層，丙烯酸樹脂粉末填充于石墨氈電極中，丙烯酸樹脂粉末占石墨氈電極體積的30%。再取15g導(dǎo)電碳黑，丙烯酸樹脂粉末15g置于高混機(jī)中，攪拌速度800轉(zhuǎn)/分，攪拌20min，制成導(dǎo)電劑。然后將導(dǎo)電劑放在骨架層，上下表面再放上石墨氈進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為180°C，熱壓時(shí)間為20min，壓力為IMPa，得到釩電池用一種新型雙極板。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 03Ω. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率91%，電壓效率86%，能量效率78%。實(shí)施例4取石墨租電極(規(guī)格500mmX寬320mmX厚5mm,體積密度為O. 12g/cm3)和聚乙烯樹脂粉末(PE)20g，去離子水60mL，在超聲池中超聲處理lh，取出后在烘箱中90°C待水蒸發(fā)掉后，取出作為骨架層，聚乙烯樹脂粉末填充于石墨氈電極中，聚乙烯樹脂粉末占石墨氈電極體積的50%。再取IOg導(dǎo)電碳黑,5g石墨粉,聚乙稀樹脂粉末15g置于聞混機(jī)中，攬祥速度500轉(zhuǎn)/分，攪拌30min，制成導(dǎo)電劑。然后將導(dǎo)電劑放在骨架層，上下表面再放上石墨氈進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為180°C，熱壓時(shí)間為30min，壓力為O. 5MPa，得到釩電池用一種新型雙極板。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 06Ω. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率92%，電壓效率83%，能量效率76%。實(shí)施例5取石墨租電極(規(guī)格長(zhǎng)500mmX寬320mmX厚4mm,體積密度為O. 13g/cm3)和聚丙烯樹脂粉末(PP) 10g，去離子水30mL，在超聲池中超聲處理2h，取出后在烘箱中90 V待水蒸發(fā)掉后，取出作為骨架層，聚丙烯樹脂粉末填充于石墨氈電極中，聚丙烯樹脂粉末占石墨氈電極體積的45%。再取IOg導(dǎo)電碳黑，聚丙烯樹脂粉末15g置于高混機(jī)中，攪拌速度700轉(zhuǎn)/分，攪拌20min，制成導(dǎo)電劑。然后將導(dǎo)電劑放在骨架層，上下表面再放上石墨氈進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為170°C，熱壓時(shí)間為40min，壓力為O. 5MPa，得到釩電池用一種新型雙極板。
本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 07Ω. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率92%，電壓效率80%，能量效率73%。實(shí)施例6取石墨租電極(規(guī)格長(zhǎng)500mmX寬320mmX厚5mm,體積密度為O. 08g/cm3)和聚氯乙烯樹脂粉末(PVC) 20g，去離子水50mL，在超聲池中超聲處理lh，取出后在烘箱中90°C待水蒸發(fā)掉后，取出作為骨架層，聚氯乙烯樹脂粉末填充于石墨氈電極中，聚氯乙烯樹脂粉末占石墨氈電極體積的35%。再取15g導(dǎo)電碳黑，3g碳纖維粉，聚氯乙烯樹脂粉末20g置于高混機(jī)中，攪拌速度500轉(zhuǎn)/分，攪拌30min，制成導(dǎo)電劑。然后將導(dǎo)電劑放在骨架層，上下表面再放上石墨氈進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為150°C，熱壓時(shí)間為30min，壓力為O. 5MPa，得到釩電池用一種新型雙極板。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 05Ω. cm。作為釩電池正負(fù)極 集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率92%，電壓效率85%，能量效率78%。結(jié)果表明，本發(fā)明根據(jù)釩電池工作要求，以石墨氈為骨架材料，選取耐高溫、耐腐蝕性好的高分子樹脂和導(dǎo)電劑以及電極，將電極與骨架材料粘接在一起，制備高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度、耐腐蝕的一體化結(jié)構(gòu)釩電池用雙極板；其接觸電阻小，電阻率可以達(dá)到O. 03
O.I Ω . cm，不易剝離，提升了釩電池的功率，提高了電池可靠性，降低了電池成本。
權(quán)利要求
1.一種釩電池用雙極板，其特征在于包括電極、導(dǎo)電劑、骨架層，骨架層的兩側(cè)分別為電極，電極與骨架層之間通過導(dǎo)電劑粘接在一起，構(gòu)成一體化釩電池用雙極板； 其中，骨架層為高分子樹脂粉末和電極組成，高分子樹脂粉末填充于電極中，高分子樹脂粉末占電極體積的20 60%。
2.按照權(quán)利要求I所述的釩電池用雙極板，其特征在于釩電池用雙極板的電阻率為O. 03 O. I Ω . cm。
3.按照權(quán)利要求I所述的釩電池用雙極板，其特征在于電極采用碳?xì)趾?或石墨氈，碳租或石墨租的體積密度為O. 05 O. 20g/cm3。
4.按照權(quán)利要求I所述的釩電池用雙極板，其特征在于導(dǎo)電劑為高分子樹脂粉末和導(dǎo)電填料組成，高分子樹脂粉末和導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為(I 1) (I :10)。
5.按照權(quán)利要求I所述的釩電池用雙極板，其特征在于高分子樹脂粉末采用聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種或一種以上，其粒度為ΙΟμ 600μπ 。
6.一種權(quán)利要求I所述的釩電池用雙極板的制備方法，其特征在于將高分子樹脂粉末和電極放入溶劑中浸泡，將浸泡后的電極在烘箱中將溶劑揮發(fā)后作為骨架層，在骨架層表面均勻涂導(dǎo)電劑，電極與骨架層通過導(dǎo)電劑粘接在一起制得雙極板。
7.按照權(quán)利要求6所述的釩電池用雙極板的制備方法，其特征在于，具體步驟如下 1)將電極和高分子樹脂粉末放入溶劑中浸泡，浸泡方法包括超聲波震蕩、攪拌器攪拌或噴槍噴淋，高分子樹脂粉末填充于電極中，烘干后制成骨架層； 2)將高分子樹脂粉末和導(dǎo)電填料通過高混機(jī)混合均勻，制成導(dǎo)電劑； 3)將導(dǎo)電劑涂在骨架層表面，骨架層與電極熱壓后制成雙極板； 熱壓溫度為100 300°C，熱壓時(shí)間為5 200min，熱壓壓力為O. I 25MPa。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的釩電池用雙極板的制備方法，其特征在于溶劑為水、無水乙醇、異丙醇或煤油之一。
9.按照權(quán)利要求6或7所述的釩電池用雙極板的制備方法，其特征在于高分子樹脂粉末與溶劑的質(zhì)量比例為(I :1) (I :10)。
10.按照權(quán)利要求7所述的釩電池用雙極板的制備方法，其特征在于導(dǎo)電填料為導(dǎo)電碳黑；或者，導(dǎo)電劑以導(dǎo)電碳黑為主劑，石墨粉或碳纖維粉為輔劑；當(dāng)選擇石墨粉與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二者質(zhì)量比為(I :1) (I :10);當(dāng)選擇碳纖維粉與導(dǎo)電碳黑時(shí),二者質(zhì)量比為(I I) (I 10)； 導(dǎo)電碳黑粒度為10 μ m 500 μ m,石墨粉粒度為100 μ m 800 μ m,碳纖維粉粒度為10 μ m 200 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及釩電池制造領(lǐng)域，具體為一種釩電池用新型雙極板及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電池內(nèi)阻大、能量效率低等問題。本發(fā)明雙極板由三部分組成，分別為電極-骨架層-電極，電極與骨架層通過導(dǎo)電劑粘接在一起構(gòu)成一體化釩電池用雙極板。本發(fā)明根據(jù)釩電池工作要求，選取耐高溫、耐腐蝕性好的高分子樹脂和導(dǎo)電劑以及電極作為中間骨架層，制備高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度、耐腐蝕的雙極板；其電阻率可以達(dá)到0.03～0.1Ω.cm，提升了釩電池的功率。本發(fā)明的雙極板導(dǎo)電率高、與電極之間接觸好，可降低釩電池電阻，提高釩電池功率，從而降低釩電池成本，并保證釩電池的可靠性。
文檔編號(hào)H01M4/86GK102891324SQ20121036155
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者侯紹宇, 楊志剛, 劉建國(guó), 嚴(yán)川偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所