[發明專利]一種柔性石墨雙極板及其制備方法

在審

• 申請號: 201610819533.1
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN107819137A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 肖偉;侯紹宇;楊志剛;劉建國;嚴川偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M8/0245
• 分類號: H01M8/0245;H01M8/0243;H01M8/0234;H01M8/0232
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及電池用雙極板制備領域，特別是一種柔性石墨雙極板及其制備方法。

背景技術

全釩液流電池和燃料電池的結構中包含的雙極板，也稱集流板，具有連接單體電池正、負極的導線作用，也起著分隔不同單體電池的正極氧化性材料與負極還原性材料的作用，可將電極反應物通過雙極板的流場均勻分配到電極各處。因此，為了更好的發揮導線作用，要求雙極板必須是電的良導體，而且導電性越高越好；為了有效的隔離正、負極活性物質，要求雙極板具有足夠的阻隔性，即要求雙極板結構致密，對氣態、液態物質無滲漏；為了確保電池在工作時溫度分布均勻并使電池的熱量順利排除，雙極板必須是熱的良導體；為了提高電池的配性和使用壽命，要求雙極板具有足夠高的機械強度和耐化學腐蝕性，提高以滿足不同電池對能力密度和功率密度的要求，同時雙極板的價格要低，以滿足電池大規模推廣的成本要求。

目前，研究較多的電池用雙極板包括：耐蝕金屬類、導電塑料類和石墨類。金屬類雙極板的導電性、機械性和加工性較好，但是成本昂貴，且耐蝕性還需要進一步改進，暫不能具備大規模應用的前景；導電塑料類雙極板的成本較低，但是其導電性和機械強度之間的矛盾性較難平衡，在高功率電池組的應用中受到限制；石墨類雙極板的導電性及耐腐蝕性較好，缺點是制作程序復雜而嚴格，耗工費時，且該類型雙極板質脆，缺乏韌性，實際使用的石墨雙極板厚度較大，一般為3mm左右，不利于電池體積比功率的提高。

柔性石墨具有雙極板所需的導電、導熱和耐腐蝕等優點，關于純柔性石墨或柔性石墨與樹脂復合雙極板的研究較多，但是該類雙極板的機械強度還是無法滿足要求。若能柔性石墨為主體導電材料，通過一定的增強方法改善其機械性將可以制備出綜合性能優異的電池用雙極板。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性石墨雙極板及其制備方法，此極板包括導電增強骨架和柔性石墨導電主體材料，用此方法制備的雙極板具有導電性好、機械強度高、耐腐蝕性強、厚度薄以及制備成本低廉等優點。

本發明的技術方案是：

一種柔性石墨雙極板，雙極板包括導電增強骨架和附著于其表面和內部的柔性石墨材料，由含有導電添加劑和樹脂的漿料涂覆于導電增強骨架表面形成改性導電增強骨架，將柔性石墨紙與改性導電增強骨架層疊后模壓，獲得電池用雙極板；

其中，導電增強骨架為孔隙率高、導電性強、機械及化學穩定性好的金屬材料或碳材料；導電添加劑為具有優異導電性的碳纖維、碳納米管、人造石墨、石墨烯、導電塑料粒子、金屬納米粒子之一或兩種以上混合；樹脂為熱塑性或熱固性樹脂，采用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯及聚四氟乙烯之一或兩種以上混合。

所述的導電增強骨架包括：不銹鋼網、鋁網、碳布或多孔泡沫金屬，或者其它具有較高導電性、較高機械強度和化學穩定性的、可以制備成多孔結構的金屬材料或碳材料。

所述的導電增強骨架的孔尺寸為0.2mm×0.2mm～10mm×10mm，導電增強骨架的厚度為0.1mm～3.0mm。

所述的導電添加劑和樹脂的漿料中，樹脂的質量分數為2％～15％，導電添加劑的質量分數為0.5％～10％，其余為溶劑。

所述的柔性石墨紙為市售石墨紙，其厚度為0.1mm～5.0mm。

所述的柔性石墨紙與增強骨架層疊方式為交替疊加，形成石墨紙/骨架/石墨紙、石墨紙/骨架/石墨紙/骨架/石墨紙奇數層，保持層疊體的上、下表面為柔性石墨紙。

所述的柔性石墨雙極板的制備方法，包括配置導電骨架處理漿料、導電增強骨架預處理、柔性石墨紙與改性后導電骨架層疊體進行加熱和模壓過程，由含有導電添加劑和樹脂的漿料經涂布工藝涂覆于導電增強骨架表面，經過干燥和輥壓獲得改性導電增強骨架，將柔性石墨紙與改性導電增強骨架層疊，經模壓獲得具有導電性能和機械強度的電池用雙極板。

所述的配置處理漿料，首先將樹脂在溶劑中溶解完全，然后加入導電添加劑，攪拌至分散均勻；

所述的導電增強骨架預處理，首先導電增強骨架在使用前經過輥壓調整厚度，經過去離子水、乙醇、丙酮溶劑之一種或兩種以上中超聲清洗；然后采用浸漬涂覆或噴涂，或者可以使漿料在導電增強骨架表面均勻分散的其它工藝，將改性導電增強骨架漿料涂覆于導電增強骨架表面。

所述的柔性石墨紙與改性后導電骨架的層疊體，在120℃～260℃下預熱3分鐘～30分鐘后，在20MPa～160MPa下壓制5min～60min。

本發明的優點和有益效果是：