[發明專利]一種液流電池雙極板的連續化制造方法

在審

• 申請號: 201710540206.7
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107331879A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 王保國;劉珍豪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/0213;H01M8/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于電能轉化與儲存技術領域，特別涉及一種液流電池雙極板的連續化制造方法。

背景技術

液流電池是是一種新型電化學儲能裝備，具有容量大、壽命長、效率高、成本低、環境友好的技術特點，正在發展成為電網規模儲能的戰略性產業技術。液流電池應用于智能電網儲能過程，可一定程度滿足可靠、互動、自愈、兼容、經濟的智能電網發展需求，提高接納風電、光伏等可再生能源并網能力。液流電池區別于其它電池的最主要特征，是將原先儲存在固體電極上的電化學活性物質溶解進入電解液中，通過電解液循環流動給電池供給電化學反應所需的活性物質。由于參與電化學反應的活性物質溶解于電解質溶液中，只要改變所使用的電解液量，就能夠改變電池的儲能容量。液流電池的特定結構為用戶提供極大便利，既能夠滿足用戶對儲能容量要求，又能夠滿足儲能功率的需求。

雙極板是液流電池的關鍵部件之一，在電池中連接上一級單電池負極與下一級單電池正極，兩側電解液分別為上一級單電池的負極電解液和下一級單電池的正極電解液。因此，液流電池的雙極板需要具備良好的導電性，有效阻止電解液滲透性能，滿足電池制造與使用過程的機械強度要求。此外，雙極板的工作在強氧化性環境，還需要具有良好化學穩定性和耐電化學腐蝕性能。

為了滿足液流電池對雙極板技術性能需要，通常情況下，將碳素類材料，包括乙炔黑、石墨粉、導電纖維等導電劑與高分子樹脂充分混合，均勻分散形成復合材料，滿足導電性和阻隔性要求。在導電劑與高分子樹脂充分混合、均勻分散時，可以利用高溫將熱塑性高分子樹脂融化后與碳材料混合，也可以通過加入液體使導電填料與高分子樹脂形成懸浮液。此外，還可以使用強極性溶劑將高分子樹脂或導電填料溶解，變為均勻溶液。這些方法的共同特點是，將導電劑填充分散進入高分子樹脂中，利用導電劑的相互搭接形成導電網絡。此時，復合材料中所含的導電劑必須超過一定的含量，導電劑顆粒彼此連接起來，才能在雙極板中形成空間導電網絡，降低復合材料電阻，滿足高導電性要求。隨著導電劑含量增加，復合材料導電性增高。但是，導電劑往往使混合物粘度急劇增加，難于通過連續化熔融擠出成型。目前，液流電池雙極板的大多數制造過程采用模壓法(CN10350841A；CN103633340A；CN101101994A)，通過間歇方法制造(CN102931420B)，存在生產效率低，產品質量不夠穩定的問題。

此外，以柔性石墨板為基礎材料，浸漬于熱固性樹脂中加熱，再經過固化、壓制、炭化、壓制等程序，可以制成液流電池的雙極板(CN101794887A)，或是直接將高溫熔融的樹脂通過熱壓的方式擠入碳氈中(CN103022531A)，這些方法在制備過程中都需要高溫、高壓處理過程，不能采用連續化的工藝流程，很難保證成品的質量與產量。

針對現有雙極板制造過程存在的問題，本發明提出一種連續化制造液流電池雙極板的工藝方法。在現有的技術方法中，通常是利用導電劑的相互搭接形成導電網絡，然后再填充高分子樹脂形成雙極板的阻隔液體性能。與之不同，本發明使用石墨氈作為原料，石墨氈內部的碳纖維彼此搭接，已經具備導電能力；然后，采用高分子樹脂浸漬石墨氈，填充石墨氈內部的氣孔，達到阻隔液體目的。由于石墨氈通常成卷制備，長度可以自由設定，具備一定機械強度，為連續化制造提供了成型條件。更具體地來看，本發明使用溶劑溶解熱塑性高分子材料，通過攪拌將導電填料分散在熱塑性高分子溶液中形成漿料，將石墨氈浸漬在漿料中，然后進行連續化的干燥，脫除溶劑后，用連續熱壓的方式消除雙極板中的氣孔，得到液流電池雙極板。該工藝過程容易實現連續化大規模生產。

發明內容

本發明目的在于提供一種制造液流電池雙極板的技術與工藝方法。

本發明的技術方案是：一種液流電池雙極板的制造方法，其特征在于，包括以下步驟；

步驟(1)使用溶劑將熱塑性樹脂溶解制成溶液，并在溶液中混入導電劑，所述熱塑性樹脂在溶液中的濃度用重量百分數表示時為3％～25％，所述導電劑在溶液中的濃度用重量百分數表示時為0％～10％；

步驟(2)，使用步驟(1)得到的溶液浸漬石墨氈，使熱塑性樹脂填充進入石墨氈的空隙中；

步驟(3)，把步驟(2)得到的石墨氈加熱到60℃～120℃溫度范圍，揮發除凈溶劑，所得到的石墨氈的纖維表面包覆熱塑性樹脂；

步驟(4)，把步驟(3)得到的石墨氈置于加熱到120℃～200℃溫度范圍的輥軸之間進行熱壓，輥軸之間的縫隙控制在0.4～1.0毫米之間；