专利名称：一种钒电池用双极板的制备方法
技术领域：
本发明涉及钒电池制造领域，具体为一种钒电池用双极板的制备方法。
背景技术：
钒电池，全称为全钒离子氧化还原液流电池，是一种新型绿色环保电池。双极板是全钒液流电池的关键部件之一，起着连接不同单电池的正负极并导通电池内电路的作用，要求其具备良好的导电性、机械强度、耐化学氧化和电化学腐蚀性能。可选择的材料主要包括金属双极板、纯石墨双极板及聚合物-碳素材料复合双极板。由于金属材料双极板价格和耐腐蚀性方面有问题，很少被研究和使用。纯石墨双极板加工和安装时容易断裂，在大规模工业应用时受到限制。聚合物-碳素材料复合双极板采用开炼机或者挤出机混炼树脂和导电填料但是都存在难于混合均匀的弊端，并且电导率都偏低。虽然双极板研究已取得一定成果，但仍然存在需要解决的问题。采用传统混合方式制备的双极板电阻率高于O. 5 Ω . Cm，难于满足电池过程对导电性能要求。并且，在使用过程中由于电化学腐蚀造成双极板表面碳黑颗粒剥离，电阻增大，引起窜液，严重时可能导致电池失效。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种钒电池用双极板的制备方 法，解决现有技术中物料混炼均匀程度难以保证，聚合物-碳黑复合双极板电阻率过高以及电化学腐蚀造成双极板表面电阻增大等问题。为达到上述目的，本发明的技术方案为一种钒电池用双极板的制备方法，该双极板包括树脂板和电极，将树脂板与电极通过热压成型的方式，使树脂完全渗透到电极中，制备钒电池用双极板，其电阻率可以达到O. 03-0.1 Ω. Cm，并且表面碳纤维耐电化学腐蚀，不会出现表面电阻增大的现象，提高了钒电池的可靠性。所述的钒电池用双极板的制备方法，树脂板为热塑性板或热固性板。所述的钒电池用双极板的制备方法，树脂板采用聚乙烯树脂板(PE)、聚丙烯树脂板(PP)、聚氯乙烯树脂板(PVC)、聚己内酰胺树脂板(PA6)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物板(ABS)中的一种或两种以上混合的材料制成。所述的钒电池用双极板的制备方法，电极采用碳毡或石墨毡。所述的钒电池用双极板的制备方法，具体步骤如下I)将电极和高分子树脂板放入模具中，通过热压机热压，热压温度为100 300 °C，热压时间为5 200min，热压压力为O.1 25MPa ；2)取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为5 30°C，冷压时间为5 200min，冷压压力为O.1 25MPa ；3)取出即为钒电池用双极板。
优选地，热压温度170 250°C，热压时间为20 lOOmin，热压压力为I 15MPa。优选地，冷压温度为10 25°C，冷压时间为20 lOOmin，冷压压力为I 15MPa。所述的钒电池用双极板的制备方法，树脂板的厚度为2 10mm。所述的钒电池用双极板的制备方法，碳毡或石墨毡的厚度为2 10mm，碳毡或石墨租的体积密度为O. 05 O. 20g/cm3。本发明的优点 1、现有技术中，碳黑和树脂混炼均匀性差，并且在使用过程中由于电化学腐蚀造成双极板表面碳黑颗粒剥离，电阻增大，引起窜液，导致电池失效。为了解决上述问题，本发明根据钒电池工作要求，采用耐腐蚀性强的碳纤维电极为导电材料制备导电率高、加工工序简单的钒电池用双极板，将树脂板与电极通过热压成型的方式，使树脂完全渗透到电极中，制备钒电池用双极板。2、本发明钒电池用双极板的制备方法是以电极中注入树脂作为骨架材料，电导率接近于石墨毡，并且在使用过程中非常的耐电化学腐蚀，电阻不会增大，提高了钒电池的可靠性。3、本发明的钒电池用双极板，采用将树脂板与电极直接热压的方式，解决了现有加工工艺存在的物料混炼均匀程度差，聚合物-碳黑复合双极板电阻率过高问题。4、本发明的钒电池用双极板制备工艺，可以制备大面积双极板，加工工艺简单，大大降低了成本。
具体实施例方式下面通过实施例详述本发明。实施例1将3mm厚的石墨租(体积密度为O. 15g/cm3)和2mm厚的聚乙烯树脂板(PE)放入模具中，通过热压机热压，热压温度为180°C，热压时间为20min，热压压力为2MPa ;取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为5°C，冷压时间为20min，冷压压力为2MPa ;取出即为钒电池用双极板。制备的导电双极板的体积电阻率为0.1 Ω . cm。作为钒电池正负极集流板，电池充放电性能参数为库仑效率94. 1%，电压效率83. 1%，能量效率78. 1%。实施例2将5mm厚的石墨租(体积密度为O. 15g/cm3)和4mm厚的聚丙烯树脂板(PP)放入模具中，通过热压机热压，热压温度为190°C，热压时间为25min，热压压力为3MPa ;取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为15°C，冷压时间为30min，冷压压力为2MPa ;取出即为钒电池用双极板。制备的导电双极板的体积电阻率为0. 08 Ω . cm。作为钒电池正负极集流板，电池充放电性能参数为库仑效率93. 2%，电压效率84. 2%，能量效率78. 5%。实施例3将6mm厚的石墨租(体积密度为O. 20g/cm3)和6mm厚的聚氯乙烯树脂板(PVC)放入模具中，通过热压机热压，热压温度为120°C，热压时间为35min，热压压力为IMPa ;取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为10°C，冷压时间为60min，冷压压力为IMPa ;取出即为fL电池用双极板。制备的导电双极板的体积电阻率为0. 07 Ω . cm。作为钒电池正负极集流板，电池充放电性能参数为库仑效率95. 0%，电压效率84. 3%，能量效率80. 1%。实施例4将7mm厚的石墨租(体积密度为O. 20g/cm3)和6mm厚的聚己内酰胺树脂板(PA6)放入模具中，通过热压机热压，热压温度为250°C，热压时间为45min，热压压力为4MPa ;取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为10°C，冷压时间为50min，冷压压力为4MPa ;取出即 为钥;电池用双极板。制备的导电双极板的体积电阻率为0. 09 Ω . cm。作为钒电池正负极集流板，电池充放电性能参数为库仑效率92. 6%，电压效率83. 8%，能量效率77. 6%。实施例5将5mm厚的石墨租(体积密度为O. 15g/cm3)和4mm厚的丙烯腈-丁二烯_苯乙烯共聚物板(ABS)放入模具中，通过热压机热压，热压温度为210°C，热压时间为25min，热压压力为2MPa ;取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为20°C，冷压时间为40min，冷压压力为IMPa ;取出即为fL电池用双极板。制备的导电双极板的体积电阻率为0. 07. cm。作为钒电池正负极集流板，电池充放电性能参数为库仑效率92. 6%，电压效率85. 1%，能量效率78. 8%。实施例6将5mm厚的碳租(体积密度为O.1Og/cm3)和4mm厚的聚乙烯树脂板(PE)放入模具中，通过热压机热压，热压温度为160°C，热压时间为40min，热压压力为IMPa ;取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为10°C，冷压时间为60min，冷压压力为IMPa ;取出即为钒电池用双极板。制备的导电双极板的体积电阻率为0. 05 Ω . cm。作为钒电池正负极集流板，电池充放电性能参数为库仑效率92. 4%，电压效率86. 5%，能量效率79. 9%。实施例7将3mm厚的石墨毡(体积密度为O. 20g/cm3)和4mm厚的树脂板(聚丙烯树脂PP与聚乙烯树脂PE混合制成的树脂板)放入模具中，通过热压机热压，热压温度为230°C，热压时间为lOmin，热压压力为5MPa ;取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为20°C，冷压时间为50min，冷压压力为5MPa ;取出即为钒电池用双极板。制备的导电双极板的体积电阻率为0. 08 Ω . cm。作为钒电池正负极集流板，电池充放电性能参数为库仑效率93. 5%，电压效率84. 6%，能量效率78. 5%。结果表明，本发明可制备钒电池用双极板电阻率可以达到O. 03-0.1 Ω. cm，并且表面碳纤维耐电化学腐蚀，不会出现表面电阻增大的现象，提高了钒电池的可靠性，满足钒电池使用需要。
权利要求
1.一种钒电池用双极板的制备方法，其特征在于该双极板包括树脂板和电极，将树脂板与电极通过热压成型的方式，使树脂完全渗透到电极中，制备钒电池用双极板。
2.按照权利要求1所述的钒电池用双极板的制备方法，其特征在于树脂板为热塑性板或热固性板。
3.按照权利要求2所述的钒电池用双极板的制备方法，其特征在于树脂板采用聚乙烯树脂板、聚丙烯树脂板、聚氯乙烯树脂板、聚己内酰胺树脂板、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物板中的一种或两种以上混合的材料制成。
4.按照权利要求1所述的钒电池用双极板的制备方法，其特征在于电极采用碳毡或石墨毡。
5.按照权利要求1所述的钒电池用双极板的制备方法，其特征在于，具体步骤如下1)将电极和高分子树脂板放入模具中，通过热压机热压，热压温度为100 300°C，热压时间为5 200min，热压压力为O.1 25MPa ；2)取出后将模具放入冷压机中，冷压温度为5 30°C，冷压时间为5 200min，冷压压力为O.1 25MPa ；3)取出即为钥;电池用双极板。
6.按照权利要求5所述的钒电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，优选地，热压温度170 250°C，热压时间为20 lOOmin，热压压力为I 15MPa。
7.按照权利要求5所述的钒电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，优选地，冷压温度为10 25°C，冷压时间为20 lOOmin，冷压压力为I 15MPa。
8.按照权利要求1或5所述的钒电池用双极板的制备方法，其特征在于树脂板的厚度为2 10_。
9.按照权利要求1或5所述的钒电池用双极板的制备方法，其特征在于碳毡或石墨租的厚度为2 IOmm,碳租或石墨租的体积密度为O. 05 O. 20g/cm3。
全文摘要
本发明涉及钒电池制造领域，具体为一种钒电池用双极板的制备方法，解决现有技术中物料混炼均匀程度难以保证，聚合物-碳黑复合双极板电阻率过高以及电化学腐蚀造成双极板表面电阻增大等问题。为了解决上述问题，本发明根据钒电池工作要求，采用耐腐蚀性强的碳纤维电极为导电材料制备导电率高、加工工序简单的钒电池用双极板。该双极板包括树脂板和电极，将树脂板与电极通过热压成型的方式，使树脂完全渗透到电极中，制备钒电池用双极板。本发明以电极中注入树脂作为骨架材料，电导率接近于石墨毡，并且在使用过程中非常的耐电化学腐蚀，电阻不会增大，提高了钒电池的可靠性。
文档编号H01M8/02GK103022531SQ20121055250
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者侯绍宇, 杨志刚, 刘建国, 严川伟 申请人:中国科学院金属研究所