[發明專利]一種分層式超薄碳基雙極板及其制備方法

在審

• 申請號: 202010732994.1
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111883793A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 鄭俊生;明平文;張存滿;樊潤林;彭宇航
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/0221;H01M8/0213;H01M8/0258
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 許耀

1.一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，其為夾心狀分層式復合結構，包括導電添加劑層，導電添加劑層的兩側由內向外分別依次設置有預浸料層和導電基材/樹脂復合層，經熱模壓固化在極板表面形成流道結構。

2.根據權利要求1所述的一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，所述的預浸料層包含以下條件中的任一項或多項：

(i)所述的預浸料層為單向碳纖維或單向碳纖維織物的預浸料，且導電添加劑層兩側的預浸料層的取向相互垂直；

(ii)所述的預浸料層的厚度為0.06mm～0.20mm；

(iii)所述的預浸料層含有單一或組合的半固態熱固性樹脂，所述的半固態熱固性樹脂包括環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、氰酸氨樹脂、雙馬樹脂或不飽和聚酯樹脂。

3.根據權利要求1所述的一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，所述的導電添加劑層含有石墨粉。

4.根據權利要求3所述的一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，所述的石墨粉包含以下條件中的任一項或多項：

(i)所述的石墨粉直徑為1μm～200μm；

(ii)所述的導電劑添加層含有的石墨含量優選在25g/m²～135g/m²。

(iii)所述的石墨粉包括天然鱗片石墨、和/或膨脹石墨、和/或碳纖維、和/或高導電性炭黑。

5.根據權利要求3所述的一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，所述的導電劑添加層通過將石墨粉在分散劑中分散形成漿料，再涂覆于預浸料層表面，烘干得到。

6.根據權利要求5所述的一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，導電劑添加層制備過程中，包括以下條件中的任一項或多項：

(i)所述的分散劑為易揮發的溶劑，包括無水乙醇、甲醇或丙酮；

(ii)通過將分散劑倒入石墨粉中，經過超聲分散，離心，得到石墨均勻離散的漿料；

(iii)所述的分散劑與石墨粉的質量比為0.18:1～0.48:1；

(iv)漿料僅涂覆于預浸料層的單面，涂覆完成后在真空烘箱中烘干得到位于兩層預浸料層間的導電添加劑層；

(v)烘干是指采用真空烘箱進行烘干；

(vi)烘干的溫度為40～120℃。

7.根據權利要求1所述的一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，所述的導電基材/樹脂復合層包括以下條件中的任一項或多項：

(i)所述的導電基材/樹脂復合層的厚度為0.01～0.4mm；

(ii)所述的導電基材/樹脂復合層以導電基材和熱固性樹脂混合而成的母料制成，導電基材包括天然石墨、人工石墨或膨脹石墨，熱固性樹脂應選用與預浸料層類型相同的樹脂材料。

8.根據權利要求7所述的一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，母料通過將導電基材與樹脂依次溶于溶劑中，并在室溫條件下進行攪拌混合，然后均勻放入預設厚度的平板模具中，進行干燥脫溶劑得到。

9.根據權利要求8所述的一種分層式超薄碳基雙極板，其特征在于，母料的制備過程中，包括以下條件中的任一項或多項：

(i)所述的導電基材的直徑為4μm～200μm；

(ii)所述的導電基材與樹脂的質量比例為1:9～9:1；

(iii)溶劑與母料的質量比例為1:9～3:7；

(iv)所述的溶劑包括丙酮、和/或無水乙醇、和/或正丁醇、和/或乙二醇、和/或異丙醇；

(v)所述的平板模具的預設厚度為0.1mm～2.8mm；

(vi)干燥脫溶劑的條件為80℃的溫度下處理0.1h～10h。

10.如權利要求1～9任一所述的分層式超薄碳基雙極板的制備方法，其特征在于，采用熱模壓成型，包括以下步驟：

(1)在帶流道結構的模具內由下至上依次放置母料、涂覆導電添加劑層的預浸料層、預浸料層、母料。

(2)按照設定的成型壓力和成型溫度，加壓成型，然后保持壓力自然冷卻至室溫，卸去壓力，得到所述的分層式超薄碳基雙極板。