[發明專利]一種液流電池用可焊接雙極板及其制備和應用

在審

• 申請號: 201811451354.2
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN111261891A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 劉濤;李先鋒;張華民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/0234
• 分類號: H01M8/0234;H01M8/0239;H01M8/0245;H01M8/0273;H01M8/0286;H01M8/18;B82Y30/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種液流電池用可焊接雙極板，其特征在于：雙極板包括主體層，主體層是由高密度聚乙烯、碳納米管、偶聯劑以及潤滑劑組成的碳塑復合板，于主體層上下表面中部用于與電極接觸區域分別設有高導電涂層；

主體層厚度為0.2-1mm，主體層中，高密度聚乙烯的質量分數為65-85％，碳納米管的質量分數為13-33％，偶聯劑的質量分數為0.1％-2％，潤滑劑的質量分數為0.1-2％；優選的，高密度聚乙烯的質量分數為71-83％，碳納米管的質量分數為15-25％，偶聯劑的質量分數為1％-2％，潤滑劑的質量分數為1-2％；

上下表面的高導電涂層厚度為1-1000μm，優選1-100μm，高導電涂層由碳粉和粘結劑的混合物組成；所述碳粉為石墨粉、膨脹石墨粉、碳黑、碳纖維粉末、石墨烯中的一種或二種以上；所述粘結劑為聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的一種或二種；碳粉和粘結劑的質量比為7/1～100/1，優選9/1～20/1。

2.根據權利要求1所述雙極板，其特征在于：所述高密度聚乙烯為擠出級高密度聚乙烯，熔融指數為0.05-10，優選0.05-2。

3.根據權利要求1所述雙極板，其特征在于：所述碳納米管為多壁碳納米管，直徑為10-100nm，長度為5-100μm，質量純度95％以上，優選98％-99.9％，比表面積為100-250m²/g。

4.根據權利要求1所述雙極板，其特征在于：所述偶聯劑為氨丙基三乙氧基硅烷、縮水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巰丙基三甲(乙)氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯酸酯、硼酸酯中的一種或二種以上。

5.根據權利要求1所述雙極板，其特征在于：所述潤滑劑為聚乙烯蠟、硬脂酸、硬酯酸鈣、硬酯酸鋅、石蠟、乙烯基雙硬脂酰胺中的一種或二種以上。

6.根據權利要求2所述雙極板，其特征在于：所述熔融指數為采用ASTM D1238標準測試方法在230℃/2.16kg條件下測得。

7.一種權利要求1-6任一所述雙極板的制備方法，其特征在于：所述雙極板的制備方法包括如下步驟：

(1)采用密煉的方式按主體層所需比例將高密度聚乙烯、碳納米管、偶聯劑和潤滑劑混合均勻，密煉溫度為200-240℃，轉子轉速為40-60r/min，密煉時間為15-35min；

(2)將混合均勻的密煉料用粉碎機粉碎，采用擠出壓延成型工藝，使用單螺桿擠出機制成中間的主體層，料筒溫度為160～250℃，口模溫度為180～240℃；

(3)將碳粉和粘結劑按高導電涂層所需比例加入乙醇和/或NMP溶劑中，攪拌混合均勻后，分別涂覆在主體層中部與上下表面電極接觸區域，然后在30-80℃下干燥除去溶劑，在主體層中部與上下表面電極接觸區域形成高導電涂層；

(4)將上下表面均平鋪有高導電涂層的雙極板放入模具中，采用熱壓的方式將高導電涂層和主體層壓制成一體，制備成具有可焊接的雙極板；熱壓溫度為100～300℃，熱壓壓力為5～50MPa，熱壓時間為1～30min。

8.一種權利要求1-6任一所述雙極板的應用，其特征在于：所述雙極板應用于液流電池包括全釩液流電池、鋅溴液流電池、鋅鐵液流電池、鋅碘液流電池、釩溴液流電池、多硫化鈉溴液流電池或鋅鎳液流電池；優選應用于全釩液流電池、鋅溴液流電池、釩溴液流電池、多硫化鈉溴液流電池、或鋅鎳電池中使用；更優選電解液使用硫酸和鹽酸的混合酸為支持電解質的全釩液流電池、或堿性鋅鐵液流電池中。

9.根據權利要求8所述雙極板的應用，其特征在于：所述液流電池電堆包括電極框，液流電池電堆中的雙極板和電極框之間不使用密封件密封，通過超聲焊或者激光焊的方法將雙極板和電極框焊接為一體使用同時密封。