[發(fā)明專利]一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710012969.0
• 申請日: 2007-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN101399331A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉建國;門閱;陳暉;張海玉;嚴(yán)川偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04;H01M4/88
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池制造及能量存儲(chǔ)領(lǐng)域，具體為一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極(集流)板的制備方法。

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。其能量以正負(fù)極電解液的形式儲(chǔ)存，正負(fù)極反應(yīng)分別為：

正極反應(yīng)：VO₂⁺+2H⁺+e^-→VO²⁺+H₂O????E₀＝1.00V

負(fù)極反應(yīng)：V³⁺+e^-→V²⁺??????????????E₀＝-0.26V

正負(fù)極電解液各由一個(gè)泵驅(qū)動(dòng)，在離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生還原和氧化反應(yīng)，完成充放電。電池充放電的電流由雙極(集流)板傳導(dǎo)并最終集流出來。因此，雙極(集流)板是釩電池運(yùn)行的一個(gè)必要部分，是釩電池系統(tǒng)的關(guān)鍵材料之一。導(dǎo)電性好，強(qiáng)度高，制備工藝簡單是釩電池進(jìn)入實(shí)用化階段對雙極(集流)板的要求。

至今為止，作為釩電池雙極(集流)板材料的主要有：金屬類、石墨類和導(dǎo)電塑料類。金屬類由于長期使用的不耐腐蝕(特別是正極側(cè))，目前尚不能實(shí)用；石墨類導(dǎo)電性好，但也存在充放電循環(huán)過程中，正極側(cè)腐蝕剝落的現(xiàn)象，而且機(jī)械強(qiáng)度差，易碎而導(dǎo)致正負(fù)極溶液混合。

導(dǎo)電塑料主要是把高分子物質(zhì)，如聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚氯乙稀(PVC)等以一定的比例與導(dǎo)電劑(乙炔黑，石墨粉，炭黑)混合、熱壓成型。這種材料用于釩電池的研究已引起國內(nèi)外的關(guān)注，也是近年雙極(集流)板研究的熱點(diǎn)，大都采用提高配方中導(dǎo)電添加劑的含量來提高電導(dǎo)率。因此配方原材料在成型前的均勻混合是一個(gè)關(guān)鍵步驟。目前采用常規(guī)的高溫混煉進(jìn)行原材料的混合，再通過熱壓成型方法制備需要的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板，但該過程中需要一定的混煉溫度(140-180℃)，這樣在配方中高分子成分含量較低的前提下，混煉溫度很容易使樹脂氧化，引起聚合長鏈的解體，進(jìn)而導(dǎo)致材料機(jī)械性能的下降，使用壽命的降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對以上問題，提出一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極(集流)板的制備方法，解決常規(guī)的高溫混煉容易使樹脂氧化，引起聚合長鏈的解體，進(jìn)而導(dǎo)致材料機(jī)械性能的下降，使用壽命的降低等問題。它是導(dǎo)電塑料的簡易的室溫混合工藝，避免高溫混煉，成型后的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板電阻率達(dá)到0.2-0.5Ω.cm，滿足使用需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極(集流)板的制備方法，以導(dǎo)電劑與高分子樹脂粉末為導(dǎo)電塑料原料，采用易揮發(fā)溶劑為分散介質(zhì)，在攪拌下使樹脂材料和導(dǎo)電劑充分混合，然后抽濾，抽濾至無溶劑滴出；將混合物烘箱烘干，置于模具中熱壓成型。

本發(fā)明所采用的導(dǎo)電塑料原料各組分的重量百分?jǐn)?shù)為：

導(dǎo)電劑??????????????????10～80；

高分子樹脂粉末??????????20～90；

以上個(gè)組分質(zhì)量之和滿足100。

本發(fā)明中，高分子樹脂粉末可以采用PE，PP，PVC等高分子樹脂粉末中的一種或幾種，若采用兩種或三種以上的混合物，則比例為任意比。

本發(fā)明中，高分子樹脂PE，PP，PVC的粉末粒度為10μm-500μm。

本發(fā)明中，導(dǎo)電劑以導(dǎo)電碳黑為主劑，石墨粉、乙炔黑為輔劑，輔劑可任選一種或不選。當(dāng)選擇石墨粉與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二者最佳質(zhì)量比為1∶20～1∶1，這時(shí)導(dǎo)電劑占總質(zhì)量的最佳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：20～80。當(dāng)選擇乙炔黑與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二者最佳質(zhì)量比為1∶20～1∶1，這時(shí)導(dǎo)電劑占總質(zhì)量的最佳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：10～50。

本發(fā)明中，導(dǎo)電碳黑粒度為10μm-500μm，石墨粉粒度為100μm-800μm，乙炔黑粒度為10μm-100μm。

本發(fā)明中，分散介質(zhì)為乙醇、水、丙酮等一種或幾種，若采用兩種或三種以上的混合物，則比例為任意比。

本發(fā)明中，分散過程中，攪拌速度為200-2000轉(zhuǎn)/分，攪拌時(shí)間為間為0.2～4h，抽濾時(shí)間為0.5-3h。

本發(fā)明中，烘干溫度為20-100℃，烘干至質(zhì)量不變。

本發(fā)明中，熱壓成型的壓力為1-25MPa，最佳范圍為5-20MPa；溫度為80～200℃，最佳范圍為100～170℃。

本發(fā)明的制備方法如下：

1、按上述比例將導(dǎo)電劑、高分子樹脂粉末加入到容器中，然后加入分散介質(zhì)。用分散機(jī)充分?jǐn)嚢瑁刂茢嚢杷俣龋嚷罂臁?/p>