[發(fā)明專(zhuān)利]一種釩電池用雙極板及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210361556.4
• 申請(qǐng)日: 2012-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102891324A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯紹宇;楊志剛;劉建國(guó);嚴(yán)川偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/86
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

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(chēng)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，尺寸小；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(wèn)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(guò)高以及接觸電阻過(guò)大等問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種釩電池用雙極板，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(guò)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(shù)脂粉末和電極組成，高分子樹(shù)脂粉末填充于電極中，高分子樹(shù)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(shù)脂粉末和導(dǎo)電填料組成，高分子樹(shù)脂粉末和導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為（1：1）～（1：10）。

所述釩電池用雙極板的制備方法，高分子樹(shù)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(guò)導(dǎo)電劑粘接在一起制得雙極板；其電阻率可以達(dá)到0.03～0.1Ω.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0.05～0.20g/cm³。

本發(fā)明中，高分子樹(shù)脂粉末可以采用聚乙烯樹(shù)脂（PE）、聚丙烯樹(shù)脂（PP）、聚氯乙烯樹(shù)脂（PVC）、丙烯酸樹(shù)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(shù)脂PE、PP、PVC、PA、ABS的粉末粒度為10μm～600μm，優(yōu)選的粒度為10μm～100μm。

本發(fā)明中，溶劑為水、無(wú)水乙醇、異丙醇或煤油之一。

本發(fā)明中，高分子樹(shù)脂粉末與溶劑的質(zhì)量比例為（1：1）～（1：10），優(yōu)選的質(zhì)量比例為（1：2）～（1：5）。

所述釩電池用雙極板的制備方法，具體步驟如下：

1）將電極和高分子樹(shù)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(shù)脂粉末填充于電極中，烘干后制成骨架層。

2）將高分子樹(shù)脂粉末和導(dǎo)電填料按質(zhì)量比（1：1）～（1：10）通過(guò)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10μm～500μm，石墨粉粒度為100μm～800μm，碳纖維粉粒度為10μm～200μm。當(dāng)選擇石墨粉與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二者質(zhì)量比為（1：1）～（1：10），優(yōu)選的質(zhì)量比為（1：2）～（1：5）；當(dāng)選擇碳纖維粉與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二者質(zhì)量比為（1：1）～（1：10），優(yōu)選的質(zhì)量比為（1：2）～（1：5）。

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℃，熱壓時(shí)間為5～200min，熱壓壓力為0.1～25MPa。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1、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(shù)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(guò)大，電池功率低的問(wèn)題，

2、本發(fā)明的新型雙極板其電阻率可以達(dá)到0.03～0.1Ω.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(guò)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?shù)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。

附圖說(shuō)明