专利名称：一种高导电多层复合板的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多层高导电碳塑复合板的制备方法，该复合板可应用于新能源领域， 尤其是储能电池领域。
背景技术：
随着新能源产业的兴起，碳塑类导电复合材料越来越受到人们的重视。选择合适的基体材料是高导电复合材料制备中关键的一步，通常所使用的聚合物基体是热塑性聚合物，诸如聚丙烯、聚乙烯等。聚丙烯作为基体所制备的复合材料导电性一般要优于聚乙烯基复合材料，聚乙烯导电复合材料一般具有较高的韧性，而聚丙烯基复合材料一般具有较高的刚性。一般的单层挤出工艺较难制备出兼具多种材料优良性能的复合板，这将大大限制复合板在储能领域的使用。为了提高储能电池的能量效率，需要尽可能降低导电复合板的厚度，同时降低导电复合板与电极材料间的接触电阻。目前，制备碳塑导电复合板所采用的方法一般是模压工艺、注塑工艺以及单层挤出压延工艺。然而，应用这些工艺制备出的复合板，或面积较小， 或厚度较大，即使厚度较小，也往往因为机械性能较差而无法安全的应用于储能电池中。因此有必要提出一种新的制备方法来制备出具有较优力学性能，厚度较薄且与电极材料表面接触电阻较小的导电复合板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多层高导电复合板的制备方法，使用该方法制备出的多层复合板相比一般单层挤出板具有高导电、高机械性能、兼具多种材料优良性能等优点， 同时可以与储能电池流体框进行灵活搭配。本发明的技术方案是
本发明提供的高导电多层复合板是碳塑导电复合板，其直接将一定质量配比的聚合物基体和导电填料熔融混合，通过多层共挤或者层压工艺制备而成，制得的高导电多层复合板的电阻率一般在0. 5 Ω . cm以下。本发明所述聚合物基体一般包括聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯；导电填料一般包括天然鳞片石墨粉、人造石墨粉、膨胀石墨、炭黑以及碳纤维(粉)、碳纳米管；所用聚合物基体可根据实际需要以任意比例混合使用，也可对聚合物基体进行适当的极化处理，也可根据需要加入适当的相容剂。本发明所述高导电多层复合板，各层的聚合物基体和导电填料的种类和配比，可根据导电性、力学性能和厚度等的要求，进行单独设计。本发明所述高导电多层复合板按照以下步骤进行制备或生产(1)先根据各层的材料设计，称取所需要的聚合物基体和导电填料；(2)然后对各层材料分别进行混炼；(3) 最后通过多层共挤出或层压工艺进行成型制备多层复合板。本发明所述对材料进行混炼可采用密炼机、开炼机、多螺杆挤出机或带有混炼效果的单螺杆挤出机；如对密炼机和开炼机混炼后的材料进行造粒，可采用单螺杆或多螺杆挤出机。本发明所述多层共挤出工艺是将各层所需原料造粒后分别从各自的挤出机中挤出，共同通过机头模具，然后经三辊或多辊压延(压光)机进行冷却定型；挤出机各工作区的温度为100-300°c，三辊或多辊压延机的温度控制在50-250°C，牵引辊的速度控制在0_5m/
mirio 本发明所述层压工艺是将多个单层板叠合层压，然后通过热压机将其复合成一体；热压机的温度控制在100-300°c，压力控制在O-lOOMPa，压制时间为0-100min。本发明所述层压所用单层板可通过密炼开炼后直接压延或密炼挤出压延成型制备；密炼开炼压延工艺中，密炼预混温度100-300°C，随后开炼机的温度相比密炼机升温 0-100°C，各压延辊温度控制在100-250°c。本发明所述高导电多层复合板，其上下两表面可通过压花辊进行一定的表面结构成型，也可直接压制成平整表面。本发明的优点和积极效果表现为本发明提供的高导电多层复合板的制备方法可以实现各种材料优异性能的综合，同时当应用于储能电池领域时，可以根据储能电池的机械性能要求和装配要求进行复合材料的设计和制备，可制备出厚度较小的导电板，以满足提高电池电压效率的目的。通过本发明还可简单方便的对高导电复合材料表面进行一定的结构设计，以满足在储能领域应用的特殊需求。
具体实施例方式实施例1
按8. 5 :9 2 0. 5的质量比例称取高密度聚乙烯、合成石墨粉、膨胀石墨以及其他填料， 其次按照相同比例称取共聚聚丙烯、合成石墨粉、膨胀石墨和其他填料，分别放入密炼机中进行混炼，然后通过单螺杆挤出机挤出造粒，将两种粒料分别投放到两个挤出机中(挤出机各温区温度控制在180-260°C)，通过共挤压延可以制备出表面为聚丙烯基体，中间为高密度聚乙烯基体的三层夹心结构的复合导电板，厚度为0. 5mm，该复合板兼具聚丙烯复合材料的刚度以及聚乙烯复合材料的韧性，可以与聚丙烯流体框进行焊接熔合。实施例2
按4 :3 :3 0. 5的质量比例称取聚丙烯、合成石墨粉、高导电炭黑以及其他填料，将其直接放入密炼机中混炼，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，将粒料投入两个挤出机中(挤出机各温区温度为200-260°C)，通过共挤，三辊压光(辊筒温度为90°C)可以制备出上下两面同性质的高导电复合板(厚度0.6mm)。与一般的挤出压延工艺制备的单层复合板相比，该复合板力学性能较优，弯曲强度可达45MPa以上，体积电阻率为0. 14 Ω. cm，各处导电性差异在士0.02Q.cm以内。将压光辊换成具有一定表面纹路的辊，制备出的复合板表面与毡的接触点显著增多，可降低其接触电阻。将该复合板应用于全钒液流储能单电池中，在80mA/ cm2的充放电条件下单电池的电压效率达到85%。当将该复合双极板应用于IOkW储能电池堆中时，在相同的充放电条件下，电堆的能量效率达到81%。实施例3
按4:3 :3的质量比称取聚氯乙烯、石墨粉、导电炭黑等，将其放入密炼机混炼(密炼机温度165°C)，然后经开炼机(温度为180°C)，压延机(辊筒温度控制在170-190°C)，剥离导辊，压花等制备出具有一定厚度的导电片材，再将片材叠合层压，制备出高导电和高机械性能的层合 板(厚度0. 55mm)。该复合板的弯曲强度接近50MPa，体积电阻率0. 14-0. 2 Ω . cm。
权利要求
1.一种高导电多层复合板的制备方法，其特征在于所述的高导电多层复合板是碳塑导电复合板，其直接将一定质量配比的聚合物基体和导电填料熔融混合，通过多层共挤或者层压工艺制备而成，制得的高导电多层复合板的电阻率在0. 5 Ω. cm以下。
2.根据权利要求1所述的高导电多层复合板的制备方法，其特征在于所述聚合物基体包括聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯；导电填料包括天然鳞片石墨粉、人造石墨粉、膨胀石墨、 炭黑以及碳纤维(粉)、碳纳米管；所用聚合物基体可根据实际需要以任意比例混合使用，也可对聚合物基体进行适当的极化处理，也可根据需要加入适当的相容剂。
3.根据权利要求1所述的高导电多层复合板的制备方法，其特征在于所述高导电多层复合板按照以下步骤进行生产(1)先根据各层的材料设计，称取所需要的聚合物基体和导电填料；(2)然后对各层材料分别进行混炼；(3)最后通过多层共挤出或层压工艺进行成型制备多层复合板。
4.根据权利要求3所述的高导电多层复合板的制备方法，其特征在于所述对材料进行混炼可采用密炼机、开炼机、多螺杆挤出机或带有混炼效果的单螺杆挤出机；如对密炼机和开炼机混炼后的材料进行造粒，可采用单螺杆或多螺杆挤出机。
5.根据权利要求3所述的高导电多层复合板的制备方法，其特征在于所述多层共挤出工艺是将各层所需原料造粒后分别从各自的挤出机中挤出，共同通过机头模具，然后经三辊或多辊压延(压光)机进行冷却定型；挤出机各工作区的温度为100-300°C，三辊或多辊压延机的温度控制在50-250°C，牵引辊的速度控制在0-5m/min。
6.根据权利要求3所述的高导电多层复合板的制备方法，其特征在于所述层压工艺是将多个单层板叠合层压，然后通过热压机将其复合成一体；热压机的温度控制在 100-300°C，压力控制在O-lOOMPa，压制时间为0-100min。
7.根据权利要求3所述的高导电多层复合板的制备方法，其特征在于所述层压所用单层板可通过密炼开炼后直接压延或密炼挤出压延成型制备；密炼开炼压延工艺中，密炼预混温度100-300°C，随后开炼机的温度相比密炼机升温0-100°C，各压延辊温度控制在 1OOKTC。
8.根据权利要求1所述的高导电多层复合板的制备方法，其特征在于所述高导电多层复合板，其上下两表面可通过压花辊进行一定的表面结构成型，也可直接压制成平整表
全文摘要
本发明提供了一种高导电多层复合板的制备方法，所述高导电多层复合板是碳塑导电复合板，其直接将一定质量配比的聚合物基体和导电填料熔融混合，通过多层共挤或者层压工艺制备而成，制得的高导电多层复合板的电阻率一般在0.5Ω.cm以下。各层的聚合物基体和导电填料的种类和配比，可根据导电性、力学性能和厚度等的要求，进行单独设计。本发明可以实现各种复合材料优异性能的综合，同时应用于储能电池时，可以根据储能电池的机械性能要求和装配要求进行复合材料的设计和制备，可制备出厚度较小的导电板，以满足提高电池电压效率的目的。通过本发明还可简单方便的对高导电复合材料表面进行一定的结构设计，以满足在储能领域应用的特殊需求。
文档编号B32B27/30GK102152578SQ2010105975
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者周汉涛 申请人:上海林洋储能科技有限公司