一種新型釩電池用雙極板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及釩電池制造領(lǐng)域，具體為一種新型釩電池用雙極板及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中電池物理內(nèi)阻大、電壓效率低、單片電壓不均勻等問題。本發(fā)明雙極板由四部分組成，分別為碳材料-網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板-導(dǎo)電填料-碳材料，網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板-導(dǎo)電填料作為骨架層通過熱壓方法先制成低導(dǎo)電塑料板。再在低導(dǎo)電塑料板兩側(cè)復(fù)合碳材料再次熱壓成型就得到高導(dǎo)電新型釩電池用雙極板。本發(fā)明根據(jù)釩電池工作要求，簡化了目前使用雙極板大多使用混煉或者攪拌等多步工藝，制備工藝簡單，生產(chǎn)設(shè)備只有熱壓機(jī)就可完成加工。本發(fā)明的雙極板導(dǎo)電率高、與電極之間接觸電阻非常小，可大大降低釩電池物理內(nèi)阻，提高釩電池能量功率，從而降低釩電池成本。
【專利說明】一種新型釩電池用雙極板及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及釩電池制造領(lǐng)域，具體為一種新型釩電池用雙極板及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]釩電池，全稱為全釩離子氧化還原液流電池，是一種新型綠色環(huán)保電池。雙極板是全釩液流電池的關(guān)鍵部件之一，起著連接不同單電池的正負(fù)極并導(dǎo)通電池內(nèi)電路的作用，要求其具備良好的導(dǎo)電性、高機(jī)械強(qiáng)度、耐電化學(xué)腐蝕性能。目前，釩電池能用的雙極板有石墨板:成本高,加工難,尺寸小；金屬板:不耐腐蝕,成本高；導(dǎo)電塑料:成本低,導(dǎo)電性差，機(jī)械強(qiáng)度低。釩電池要滿足商業(yè)化、規(guī)?；螅枰M(jìn)一步降低電池成本、進(jìn)一步提高電池可靠性，而核心問題就是降低電池內(nèi)阻，而雙極板和電極材料電阻以及之間的接觸電阻占電池內(nèi)阻40%以上，所以釩電池能否商業(yè)化關(guān)鍵在于，降低雙極板和電極材料電阻以及之間的接觸電阻。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種釩電池用新型雙極板及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中聚合物-碳素材料復(fù)合雙極板電阻率過高以及接觸電阻過大等問題。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種新型釩電池用雙極板，該雙極板包括碳材料、骨架層、導(dǎo)電填料，骨架層為網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板和導(dǎo)電填料通過熱壓方法制成的低導(dǎo)電塑料板，低導(dǎo)電塑料板兩側(cè)通過熱壓復(fù)合碳材料形成釩電池用雙極板。
[0006]所述的新型釩電池用雙極板，碳材料為純石墨、純炭黑或碳纖維粉，不含樹脂，厚度為0.01?2mm。
[0007]所述的新型釩電池用雙極板，網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板和導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為(1:1)?(I:10)。
[0008]所述的新型釩電池用雙極板，網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板采用聚乙烯樹脂、聚丙烯樹月旨、聚氯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種。
[0009]所述的新型釩電池用雙極板，網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板通過注塑或者機(jī)加制備。
[0010]所述的新型釩電池用雙極板的制備方法，具體步驟如下:
[0011 ] I)將網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板放入模具內(nèi)，加入導(dǎo)電填料后加入孔洞內(nèi)，熱壓后制成低導(dǎo)電塑料板作為骨架層；熱壓溫度為100?300°C，熱壓時間為5?200min，熱壓壓力為 0.1 ?25MPa ；
[0012]2)將碳材料放入模具底層，加入低導(dǎo)電塑料板再加層碳材料，熱壓后制成釩電池用雙極板；熱壓溫度為100?300°C，熱壓時間為5?200min，熱壓壓力為0.1?25MPa。
[0013]所述的新型釩電池用雙極板的制備方法，導(dǎo)電填料為碳纖維粉；或者，導(dǎo)電填料以碳纖維為主劑，導(dǎo)電碳黑為輔劑；當(dāng)選擇碳纖維粉與導(dǎo)電碳黑時，二者質(zhì)量比為(1:1)?(1:10);導(dǎo)電碳黑粒度為ΙΟμ--?500μ--，碳纖維粉粒度為ΙΟμ--?200μπι。
[0014]本發(fā)明的設(shè)計思想是:
[0015]本發(fā)明雙極板由四部分組成，分別為碳材料-網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板-導(dǎo)電填料-碳材料，其中網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板-導(dǎo)電填料作為骨架層通過熱壓方法先制成低導(dǎo)電塑料板。再在低導(dǎo)電塑料板兩側(cè)復(fù)合碳材料再次熱壓成型就得到了一種高導(dǎo)電新型釩電池用雙極板。本發(fā)明根據(jù)釩電池工作要求，簡化了目前使用雙極板大多使用混煉或者攪拌等多步工藝，制備工藝簡單，生產(chǎn)設(shè)備只有熱壓機(jī)就可完成加工。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明一種新型釩電池用雙極板的制備方法是樹脂板與導(dǎo)電填料直接熱壓作為骨架，再在其兩側(cè)接復(fù)合碳材料制作成一體，制備工藝簡單。
[0018]2、本發(fā)明的新型雙極板其電阻率可以達(dá)到0.03?0.1 Ω.cm，保證了釩電池材料一致性要求。新型雙極板由四部分組成，分別為碳材料-網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板-導(dǎo)電填料-碳材料，碳材料的加入大大降低了雙極板與電極之間的接觸電阻，提高了電池的電壓效率。從而降低釩電池成本，并保證釩電池的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖l(a)_(b)為釩電池用雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I碳材料,2網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板，3碳材料。

【具體實施方式】
[0020]如圖1 (a) - (b)所示，本發(fā)明釩電池用雙極板包括碳材料1、骨架層、碳材料3，骨架層為網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板2與導(dǎo)電填料組成，骨架層的兩側(cè)分別為碳材料I和碳材料3，碳材料I和碳材料3與骨架層之間通過熱壓復(fù)合制成一種新型釩電池用雙極板。其中，
[0021]網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板2可通過注塑或者機(jī)加制備，樹脂板可以采用聚乙烯樹脂(PE)、聚丙烯樹脂(PP)、聚氯乙烯樹脂(PVC)、丙烯酸樹脂粉末(PA，尼龍)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一種。網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板2和導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為(I:I)?(1:10)，優(yōu)選的質(zhì)量比為(I:2)?(1:5)。碳材料為純石墨、純炭黑或碳纖維粉，不含樹脂，厚度為0.01?2_，優(yōu)選0.02?1.5_。
[0022]所述釩電池用雙極板的制備方法，具體步驟如下:
[0023]I)將網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板2放入模具底層，加入導(dǎo)電填料后加入孔洞(網(wǎng)格)內(nèi)，熱壓后制成低導(dǎo)電塑料板作為骨架層。熱壓溫度為100?300°C (優(yōu)選為150?2000C )，熱壓時間為5?200min(優(yōu)選為10?30min)，熱壓壓力為0.1?25MPa(優(yōu)選為I ?20MPa)。
[0024]其中，導(dǎo)電填料為碳纖維粉；或者，導(dǎo)電填料以碳纖維粉為主劑，導(dǎo)電碳黑為輔劑；當(dāng)選擇碳纖維粉與導(dǎo)電碳黑時，二者質(zhì)量比為(I:1)?(1:10)，優(yōu)選的質(zhì)量比為(I:2)?(1:5)。導(dǎo)電碳黑粒度為ΙΟμπι?500μπι，碳纖維粉粒度為ΙΟμπι?200μπι。
[0025]2)將碳材料放入模具底層，加入低導(dǎo)電塑料板再加一層碳材料，熱壓后制成釩電池用雙極板；熱壓溫度為100?300°C (優(yōu)選為150?200°C )，熱壓時間為5?200min (優(yōu)選為10?30min)，熱壓壓力為0.1?25MPa(優(yōu)選為I?20MPa)。釩電池用雙極板的電阻率可以達(dá)到0.03?0.1 Ω.Cm，與電極之間接觸好，可降低釩電池電阻，提高釩電池性能。
[0026]本發(fā)明采用釩電池作為【具體實施方式】的實施例，下面通過實施例詳述本發(fā)明。
[0027]實施例1
[0028]首先取聚乙烯樹脂板(PE)(規(guī)格:長300mmX寬300mmX厚Imm)，先將一張網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔聚乙烯樹脂板放入模具底層，再選導(dǎo)電劑碳纖維粉50g和碳黑粉10g加入孔洞(網(wǎng)格)內(nèi)，合模，熱壓溫度為180°C，熱壓時間為20min，壓力為5MPa，得到骨架層低導(dǎo)電塑料板，再選取1_厚純石墨粉先放入在模具底層，再放入低導(dǎo)電塑料板，導(dǎo)電塑料板上放入Imm厚純石墨粉合模，熱壓溫度為180°C，熱壓時間為20min，壓力為15MPa，得到一種新型釩電池用雙極板。
[0029]本實施例中，釩電池用雙極板的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)如下:
[0030]新型釩電池用雙極板的體積電阻率為:0.04Ω.cm。作為釩電池用雙極板，在80mA/cm2充放條件下:庫侖效率97 %，電壓效率85 %，能量效率83 %。
[0031]實施例2
[0032]首先取聚丙烯樹脂板(PP)(規(guī)格:長300mmX寬300mmX厚Imm)，先將一張網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔聚丙烯樹脂板放入模具底層，再選導(dǎo)電劑碳纖維粉50g和碳黑粉10g加入孔洞內(nèi)，合模，熱壓溫度為180°C，熱壓時間為20min，壓力為lOMPa，得到骨架層低導(dǎo)電塑料板，再選取2_厚純碳黑先放入在模具底層，再放入低導(dǎo)電塑料板，導(dǎo)電塑料板上放入2_厚純碳黑合模，熱壓溫度為180°C，熱壓時間為20min，壓力為lOMPa，得到一種新型釩電池用雙極板。
[0033]本實施例中，釩電池用雙極板的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)如下:
[0034]新型釩電池用雙極板的體積電阻率為:0.04Ω.cm。作為釩電池用雙極板，在80mA/cm2充放條件下:庫侖效率95 %，電壓效率86 %，能量效率82 %。
[0035]實施例3
[0036]首先取聚乙烯樹脂板(PE)(規(guī)格:長300mmX寬300mmX厚Imm)，先將一張網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔聚乙烯樹脂板放入模具底層，再選導(dǎo)電劑碳黑粉50g加入孔洞內(nèi)，合模，熱壓溫度為170°C，熱壓時間為30min，壓力為3MPa，得到骨架層低導(dǎo)電塑料板，再選取1.5mm厚純纖維粉先放入在模具底層，再放入低導(dǎo)電塑料板，導(dǎo)電塑料板上放入1.5mm厚純纖維粉合模，熱壓溫度為180°C，熱壓時間為lOmin，壓力為20MPa，得到一種新型釩電池用雙極板。
[0037]本實施例中，釩電池用雙極板的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)如下:
[0038]新型釩電池用雙極板的體積電阻率為:0.04Ω.cm。作為釩電池用雙極板，在80mA/cm2充放條件下:庫侖效率97%，電壓效率87%，能量效率84%。
[0039]實施例4
[0040]首先取聚乙烯樹脂板(PP)(規(guī)格:長300mmX寬300mmX厚Imm)，先將一張網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔聚乙烯樹脂板放入模具底層，再選導(dǎo)電劑碳黑粉50g加入孔洞內(nèi)，合模，熱壓溫度為190°C，熱壓時間為30min，壓力為lOMPa，得到骨架層低導(dǎo)電塑料板，再選取0.5mm厚純石墨粉先放入在模具底層，再放入低導(dǎo)電塑料板，導(dǎo)電塑料板上放入0.5_厚純石墨粉合模，熱壓溫度為190°C，熱壓時間為15min，壓力為12MPa，得到一種新型釩電池用雙極板。
[0041]本實施例中，釩電池用雙極板的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)如下:
[0042]新型釩電池用雙極板的體積電阻率為:0.04Ω.cm。作為釩電池用雙極板，在80mA/cm2充放條件下:庫侖效率95 %，電壓效率89 %，能量效率85 %。
[0043]實施例5
[0044]首先取聚乙烯樹脂板(PE)(規(guī)格:長300mmX寬300mmX厚Imm)，先將一張網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔聚乙烯樹脂板放入模具底層，再選導(dǎo)電劑碳黑粉60g加入孔洞內(nèi)，合模，熱壓溫度為175°C，熱壓時間為25min，壓力為2MPa，得到骨架層低導(dǎo)電塑料板，再選取Imm厚碳黑先放入在模具底層，再放入低導(dǎo)電塑料板，導(dǎo)電塑料板上放入1_厚碳黑合模，熱壓溫度為175°C，熱壓時間為30min，壓力為lOMPa，得到一種新型釩電池用雙極板。
[0045]本實施例中，釩電池用雙極板的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)如下:
[0046]新型釩電池用雙極板的體積電阻率為:0.04Ω.cm。作為釩電池用雙極板，在80mA/cm2充放條件下:庫侖效率96%，電壓效率88%，能量效率84%。
[0047]實施例結(jié)果表明，本發(fā)明的雙極板導(dǎo)電率高、與電極之間接觸電阻非常小，可大大降低釩電池物理內(nèi)阻，提高釩電池能量功率，從而降低釩電池成本，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電池物理內(nèi)阻大、電壓效率低、單片電壓不均勻等問題。
【權(quán)利要求】
1.一種新型釩電池用雙極板，其特征在于，該雙極板包括碳材料、骨架層、導(dǎo)電填料，骨架層為網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板和導(dǎo)電填料通過熱壓方法制成的低導(dǎo)電塑料板，低導(dǎo)電塑料板兩側(cè)通過熱壓復(fù)合碳材料形成釩電池用雙極板。
2.按照權(quán)利要求1所述的新型釩電池用雙極板，其特征在于，碳材料為純石墨、純炭黑或碳纖維粉，不含樹脂，厚度為0.0l?2mm。
3.按照權(quán)利要求1所述的新型釩電池用雙極板，其特征在于，網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板和導(dǎo)電填料的質(zhì)量比為(I:1)?(1:10)。
4.按照權(quán)利要求1所述的新型釩電池用雙極板，其特征在于，網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板采用聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種。
5.按照權(quán)利要求1所述的新型釩電池用雙極板，其特征在于，網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板通過注塑或者機(jī)加制備。
6.一種權(quán)利要求1所述的新型釩電池用雙極板的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: .1)將網(wǎng)格狀兩側(cè)通孔樹脂板放入模具內(nèi)，加入導(dǎo)電填料后加入孔洞內(nèi)，熱壓后制成低導(dǎo)電塑料板作為骨架層；熱壓溫度為100?300°C，熱壓時間為5?200min，熱壓壓力為.0.1 ?25MPa ； . 2)將碳材料放入模具底層，加入低導(dǎo)電塑料板再加層碳材料，熱壓后制成釩電池用雙極板；熱壓溫度為100?300°C，熱壓時間為5?200min，熱壓壓力為0.1?25MPa。
7.按照權(quán)利要求6所述的新型釩電池用雙極板的制備方法，其特征在于，導(dǎo)電填料為碳纖維粉；或者，導(dǎo)電填料以碳纖維為主劑，導(dǎo)電碳黑為輔劑；當(dāng)選擇碳纖維粉與導(dǎo)電碳黑時，二者質(zhì)量比為(I:1)?(1:10);導(dǎo)電碳黑粒度為1ym?500μπι，碳纖維粉粒度為.10 μ m ?200 μ m。
【文檔編號】H01M4/88GK104409740SQ201410714378
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】侯紹宇, 楊志剛, 劉建國, 嚴(yán)川偉 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所