專利名稱：一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池制造及能量存儲(chǔ)領(lǐng)域,具體為一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極(集 流)板的制備方法。
背景技術(shù)：
釩電池，全稱為全執(zhí)離子氧化還原液流電池，是一種新型綠色環(huán)保電池。其能量以正負(fù)極電解液的形式儲(chǔ)存，正負(fù)極反應(yīng)分別為正極反應(yīng) V02+ +2tf +e-—V02+ +H20E0= 1 .OOV 負(fù)極反應(yīng) V3++e、V2+ Eo=-0.26V正負(fù)極電解液各由一個(gè)泵驅(qū)動(dòng)，在離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生還原和 氧化反應(yīng)，完成充放電。電池充放電的電流由雙極(集流)板傳導(dǎo)并最終集流出 來。因此，雙極(集流)板是釩電池運(yùn)行的一個(gè)必要部分，是釩電池系統(tǒng)的關(guān)鍵 材料之一。導(dǎo)電性好，強(qiáng)度高，制備工藝簡單是釩電池進(jìn)入實(shí)用化階段對(duì)雙極(集 流)板的要求。至今為止，作為釩電池雙極(集流)板材料的主要有金屬類、石墨類和導(dǎo) 電塑料類。金屬類由于長期使用的不耐腐蝕(特別是正極側(cè))，目前尚不能實(shí)用； 石墨類導(dǎo)電性好，但也存在充放電循環(huán)過程中，正極側(cè)腐蝕剝落的現(xiàn)象，而且機(jī) 械強(qiáng)度差，易碎而導(dǎo)致正負(fù)極溶液混合。導(dǎo)電塑料主要是把高分子物質(zhì)，如聚乙烯(PE),聚丙烯(PP),聚氯乙稀(PVC) 等以一定的比例與導(dǎo)電劑(乙炔黑，石墨粉，炭黑)混合、熱壓成型。這種材料 用于釩電池的研究已引起國內(nèi)外的關(guān)注，也是近年雙極(集流)板研究的熱點(diǎn)， 大都釆用提高配方中導(dǎo)電添加劑的含量來提高電導(dǎo)率。因此配方原材料在成型前 的均勻混合是一個(gè)關(guān)鍵步驟。目前釆用常規(guī)的高溫混煉進(jìn)行原材料的混合，再通 過熱壓成型方法制備需要的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板，但該過程中需要一定的混 煉溫度(140-180°C ),這樣在配方中高分子成分含量較低的前提下，混煉溫度很 容易使樹脂氧化，引起聚合長鏈的解體，進(jìn)而導(dǎo)致材料機(jī)械性能的下降，使用壽 命的降低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)以上問題，提出一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極(集流)板的制備方 法，解決常規(guī)的高溫混煉容易使樹脂氧化，引起聚合長鏈的解體，進(jìn)而導(dǎo)致材料 機(jī)械性能的下降，使用壽命的,氐等問題。它是導(dǎo)電塑料的簡易的室溫混合工藝，避免高溫混煉，成型后的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板電阻率達(dá)到0.2-0.5Q.cm，滿足 使用需要。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極(集流)板的制備方法，以導(dǎo)電劑與高分子樹脂 粉末為導(dǎo)電塑料原料，釆用易揮發(fā)5豁'j為分散介質(zhì)，在攪拌下使樹脂材料和導(dǎo)電 劑充分混合，然后抽濾，抽濾至無溶劑滴出；將混合物烘箱烘干，置于模具中熱 壓成型。本發(fā)明所釆用的導(dǎo)電塑料原料各組分的重量百分?jǐn)?shù)為 導(dǎo)電劑 10 80; 高分子樹脂粉末 20—0; 以上個(gè)組分質(zhì)量之和滿足100。本發(fā)明中，高分子樹脂粉末可以釆用PE, PP, PVC等高分子樹脂粉末中的 一種或幾種，若釆用兩種或三種以上的混合物，則比例為任意比。本發(fā)明中，高分子樹脂PE, PP， PVC的粉末粒度為10,-500,。本發(fā)明中，導(dǎo)電劑以導(dǎo)電碳黑為主劑，石墨粉、乙炔黑為輔劑，輔劑可任選 一種或不選。當(dāng)選擇石墨粉與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二者最佳質(zhì)量比為1: 2(K1: 1,這時(shí) 導(dǎo)電劑占總質(zhì)量的最佳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20~80。當(dāng)選擇乙炔黑與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二 者最佳質(zhì)量比為l: 20 1: 1,這時(shí)導(dǎo)電劑占總質(zhì)量的最佳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10 50。本發(fā)明中，導(dǎo)電碳黑粒度為10Mm-500pm,石墨粉粒度為100,-800,,乙 炔黑粒度為10pm-100pm。本發(fā)明中，分散介質(zhì)為乙醇、水、丙酮等一種或幾種，若釆用兩種或三種以 上的混合物，則比例為任意比。本發(fā)明中，分散過程中，攪拌速度為200-2000轉(zhuǎn)/分，攪拌時(shí)間為間為0.24h， 抽濾時(shí)間為(X5-3h。本發(fā)明中，烘干溫度為20-10(TC，烘千至質(zhì)量不變。本發(fā)明中，熱壓成型的壓力為l-25MPa,最佳范圍為5-20MPa;溫度為80~200 °C,最佳范圍為100 170°C。 本發(fā)明的制備方法如下
1、 按上述比例將導(dǎo)電劑、高分子樹脂粉末加入到容器中，然后加入分散介質(zhì)。 用分散機(jī)充分?jǐn)嚢瑁刂茢嚢杷俣?，先慢后快?br> 2、 攪拌完成后，將混合物于漏斗中進(jìn)行抽濾。抽濾后的混合物，置于烘箱中 恒溫烘干至質(zhì)量不變。
3、 將烘干的粉末置于模具中，平板硫化機(jī)熱壓成型。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
1 、本發(fā)明的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板制備工藝先將導(dǎo)電劑與高分子樹脂粉末 在液體分散介質(zhì)中均勻混合，除去介質(zhì)后得到二者的均勻混合物，直接進(jìn)行加熱 模壓，制備釩電池雙極(集流)板。其工藝簡單，操作容易，原料混合均勾，極 板導(dǎo)電性優(yōu)良，可以獲得電阻率為0.2-0.5acm的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板，符 ^4凡電池的使用指標(biāo)。
2、 本發(fā)明的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板制備工藝，避免了原料熔融混煉導(dǎo)致的 高分子的氧化，使雙極(集流)板具有較長的使用壽命。
3、 本發(fā)明的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板制備工藝，混M質(zhì)可重復(fù)使用，不對(duì) 環(huán)境產(chǎn)生污染，屬環(huán)保型工藝。可進(jìn)行工程化應(yīng)用，開拓了釩電池用導(dǎo)電雙極(集 流)板制備的新途徑。


圖l為本發(fā)明的制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，本發(fā)明制備工藝流程是導(dǎo)電劑、高分子(樹脂)粉末、分散 介質(zhì)均勻混合后，經(jīng)攪拌分散、抽濾、烘干、模壓形成導(dǎo)電塑料雙極(集流)板。 實(shí)施例
原料質(zhì)量比如下
PE 30 (粒度范圍50 80(om)
導(dǎo)電碳黑 70 (粒度范圍20 50|om)
將二者總質(zhì)量為100g,置于500ml乙醇中，攪拌itt800轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。 然后抽濾lh,抽濾至(漏斗中)無溶劑滴出。將抽濾后的混合物于70。C烘干至質(zhì) 量不變。15MPa下，100。C 12(TC熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為0.5acm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率90%，能量效率63%，電壓效率70%。
實(shí)施例2
原料質(zhì)量比如下
PE 30 (粒度范圍100 150(om)
導(dǎo)電碳黑 60 (粒度范圍20~50|om) 石墨粉 10(粒度200拜)
將三者總質(zhì)量為100g,置于乙醇與水(500ml)中，本實(shí)施例乙醇與水的體 積比為l: 1，攪拌速度1000轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。然后抽濾lh,抽濾至無溶劑滴出。 將抽濾后的混合物于70'C烘干至質(zhì)量不變。15MPa下，11(TC 13(TC熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為0.2acm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率93%,能量效率74%,電壓效率80%。
實(shí)施例3
原料質(zhì)量比如下
PE 30 (粒度范圍100~150拜)
導(dǎo)電碳黑 60 (粒度范圍20~50(jm) 乙炔黑 10(粒度20nm)
將三者總質(zhì)量為100g，置于500ml乙醇中，攪拌速度800轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。 然后抽濾lh，抽濾至無溶劑滴出。將抽濾后的混合物于7(TC烘干至質(zhì)量不變。15 MPa下，110。C 13(TC熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為0.5Q.Cm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率92%,能量效率70%,電壓效率76%。
實(shí)施例4
原料質(zhì)量比如下
PP 25 (粒度范圍150 200fom)
導(dǎo)電碳黑 75 (粒度范圍50~80,)
將二者總質(zhì)量為100g，置于500ml乙醇中，攪拌 800轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。 然后抽濾lh,抽濾至無溶劑滴出。將抽濾后的混合物于70'C烘干至質(zhì)量不變。15 MPa下，13(TC 150。C熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為0.5Q,cm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率90%,能量效率63%,電壓效率70%。
實(shí)施例5
原料質(zhì)量比如下
PP 23 (粒度范圍150 200pm)
導(dǎo)電碳黑 70 (粒度范圍50 80阿) 石墨粉 7(粒度300阿)
將三者總質(zhì)量為100g,置于乙醇與水的混合物(500ml)中，本實(shí)施例乙醇 與水的體積比為2: 1,攪拌逸度1000轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。然后抽濾lh,抽濾至無 溶劑滴出。將抽濾后的混合物于80。C烘干至質(zhì)量不變。20MPa下，130。C 17(TC 熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為03acm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率92%,能量效率71%，電壓效率77%。 實(shí)施例6 原料質(zhì)量比如下
PP 30 (粒度范圍15(K200拜)
導(dǎo)電碳黑 50 (粒度范圍100~200(om) 乙炔黑 20(粒度100jjm)
將三者總質(zhì)量為100g，置于丙酮與水的混合物(500ml)中，本實(shí)施例丙酮 與水的體積比為1: 1，攪拌速度1500轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。然后抽濾lh，抽濾至無 溶劑滴出。將抽濾后的混合物于80'C烘干至質(zhì)量不變。20MPa下，12(TC 160。C
熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為0.3acm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率92%,能量效率70%，電壓效率76%。 實(shí)施例7 原料質(zhì)量比如下
PVC 30 (粒度范圍300~500,)
導(dǎo)電碳黑 70 (粒度范圍300~500拜)
將二者總質(zhì)量為100g,置于500ml乙醇中，攪拌速度1200轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。 然后抽濾lh,抽濾至無溶劑滴出。將抽濾后的混合物于7CrC烘干至質(zhì)量不變。20 MPa下，120。C 150。C熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為0.2acm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率93%，能量效率70%,電壓效率75%。
實(shí)施例8
原料質(zhì)量比如下
PVC 40 (粒度范圍200 300pm)
導(dǎo)電碳黑 50 (粒度范圍200~300,) 石墨粉10 (粒度200pm)
將三者總質(zhì)量為100g,置于乙醇與水的混合物(500ml)中，本實(shí)施例乙醇
與水的體積比為3: 1，攪拌體1000轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。然后抽濾lh，抽濾至無 溶劑滴出。將抽濾后的混合物于8(TC烘干至質(zhì)量不變。20MPa下，130。C 16(TC
熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為0.5acm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率90%,能量效率70%，電壓效率63%。 實(shí)施例9 原料質(zhì)量比如下
PVC 30 (粒度范圍200~300拜)
導(dǎo)電碳黑 50 (粒度范圍30(K500)im) 乙炔黑 20(粒度80)jm)
將三者總質(zhì)量為100g,置于丙酮與水的混合物(500ml)中，本實(shí)施例丙酮 與水的體積比為3: 1，攪拌速度1500轉(zhuǎn)/分，攪拌lh。然后抽濾lh,抽濾至無 溶劑滴出。將抽濾后的混合物于8(TC烘干至質(zhì)量不變。20MPa下，130°C 160°C
熱壓成型。
制備的導(dǎo)電雙極(集流)板的體積電阻率為0.3Q.cm。作為釩電池正負(fù)極集 流板，電池充放電性能參數(shù)為庫侖效率92%，能量效率70%,電壓效率76%。
權(quán)利要求
1、一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法，其特征在于以導(dǎo)電劑與高分子樹脂粉末為導(dǎo)電塑料原料，采用易揮發(fā)溶劑為分散介質(zhì)，在攪拌下使高分子樹脂和導(dǎo)電劑充分混合，然后抽濾，抽濾至無溶劑滴出；將混合物于烘箱烘干，再置于模具中熱壓成型。
2、 按照權(quán)利要求1所述的釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法，其特征在于， 導(dǎo)電塑料原料各組分的重量百分?jǐn)?shù)為導(dǎo)電劑1(^80;高分子樹脂粉末2(K90; 以上個(gè)組分質(zhì)量之和滿足100。
3、 按照權(quán)利要求2所述的釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法,其特征在于: 高分子樹脂粉末釆用PE、 PP、 PVC中的一種或幾種，若釆用兩種或三種的混合 物，則其比例為任意比。
4、 按照權(quán)利要求2所述的釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法，其特征在于: 導(dǎo)電劑以導(dǎo)電碳黑為主劑，石墨粉、乙炔黑為輔劑，輔劑不選或任選一種。
5、 按照權(quán)利要求4所述的釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法,其特征在于: 當(dāng)選擇石墨粉與導(dǎo)電碳黑為導(dǎo)電劑時(shí)，二者質(zhì)量比為l: 2(M: 1,這時(shí)導(dǎo)電劑占 總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20~80;當(dāng)選擇乙炔黑與導(dǎo)電碳黑時(shí)，二者質(zhì)量比為1: 20~1: 1，這時(shí)導(dǎo)電劑占總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10 50。
6、 按照權(quán)利要求1所述的釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法,其特征在于 分散介質(zhì)為乙醇、水、丙酮中的一種或幾種，若釆用兩種或三種的混合物，則比 例為任意比。
7、 按照權(quán)利要求1所述的釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法,其特征在于: 在攪拌分散過程中，攪拌速度為200-2000轉(zhuǎn)/分，攪拌時(shí)間為間為0.2 4h,抽濾 時(shí)間為0.5-3h。
8、 按照權(quán)利要求1所述的釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法，其特征在于: 烘干溫度為20-10(TC,烘干至質(zhì)量不變。
9、 按照權(quán)利要求1所述的釩電池用高導(dǎo)電率雙極板的制備方法,其特征在于: 熱壓成型的壓力為l-25MPa,熱壓成型的溫度為80 200°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池制造及能量存儲(chǔ)領(lǐng)域，具體為一種釩電池用高導(dǎo)電率雙極(集流)板的制備方法，解決常規(guī)的高溫混煉容易使樹脂氧化，引起聚合長鏈的解體，進(jìn)而導(dǎo)致材料機(jī)械性能的下降，使用壽命的降低等問題。以導(dǎo)電劑與高分子樹脂粉末為導(dǎo)電塑料原料，采用易揮發(fā)溶劑為分散介質(zhì)，在攪拌下使高分子樹脂和導(dǎo)電劑充分混合，然后抽濾，將混合物于烘箱烘干，再置于模具中熱壓成型。本發(fā)明先將導(dǎo)電劑與高分子樹脂粉末在液體分散介質(zhì)中均勻混合，除去介質(zhì)后得到二者的均勻混合物，直接進(jìn)行加熱模壓，制備釩電池雙極(集流)板。其工藝方法簡單，操作容易，物料混合均勻，可以獲得電阻率為0.2-0.5Ω·cm的導(dǎo)電塑料雙極(集流)板，符合釩電池的使用指標(biāo)。
文檔編號(hào)H01M4/88GK101399331SQ200710012969
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者嚴(yán)川偉, 劉建國, 張海玉, 閱 門, 暉 陳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所