CN101150192A - 一种液流电池复合导电塑料集流体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，该制备方法是将导电填料石墨、导电炭黑、乙炔黑、炭纤维粉一种或几种复合导电材料加入聚四氟乙烯悬浮液、搅拌混合均匀，然后烘干，异丙醇浸泡，将浸泡物在70～80℃的温度条件下反复碾压，制得膜片，将膜片裁成所需要尺寸。根据使用要求，将单张膜片，多张膜片或导电网，在常温下，在400Kg/cm2的压强下压制成型，将成型后的材料固定在专用夹具中，连同夹具一起放入高温炉中烧结，冷却，制得导电塑料集流体。采用本发明制备的液流电池复合导电塑料集流体具有优良的导电性能，不渗液，耐化学腐蚀和电化学腐蚀，成本较低。

Description

一种液流电池复合导电塑料集流体的制备方法
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，尤其是涉及一种液流电池复合导电塑料集流体的制备方法。
背景技术
钒液流电池集流体一般是使用石墨板，石墨板具有充放电性能较好，能够承受大电流密度充放电，其充放电流密度可达128mA/cm2，但是石墨板集流体有渗漏现象发生，在使用过程中有轻微的腐蚀，尤其在过充条件下，石墨集流体易被氧化，同时石墨板价贵、易脆，这些缺陷严重影响了钒液流电池的使用寿命、制造成本、电池的性能等性能指标。
为了解决上述问题，国内的攀枝花钢铁研究院和中南大学在专利2005100205854中提出了一种用于液流电池的集电体，所述基体材料为氢化苯乙烯丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物、聚丙烯、表面处理剂和环烷油制备而成的橡塑共混弹性体，掺杂碳素导电材料，经炼塑和模压成型。其组成较复杂，其体积电阻率低于0.1欧姆·厘米，能够达到0.8欧姆·厘米，导电性能还需要进一步提高。国外有使用聚氟乙烯悬粉料(主要使用偏氟乙稀)为基体，采用石墨做导电填料，通过混合、碾压和模压工艺的方法制作锌溴电池和燃料电池中的集流体，但是该专利需要800℃的温度处理石墨，增加了成本，其电性能需要提高。体积电阻率越小，表示集流体的导电性越好。
发明内容
本发明的目的是提供了一种液流电池复合导电塑料集流体的制备方法。
本发明的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法由以下步骤组成：
a.将聚四氟乙烯悬浮液、导电填料和适量蒸馏水混合均匀，脱水，烘干；
b.异丙醇浸泡烘干物料；
c.在70～80℃的温度条件下，浸泡后的物料经过碾压机碾压，制成膜片；
d.将导电网和膜片分别裁切成需要的尺寸，导电网作为中间层，将膜片置于导电网的两边，在400Kg/cm2压强条件下，压制成型；
e.将步骤d压制成型后的材料放入专用夹具中，连同夹具放入到390℃高温炉中，保温30分钟，冷却，制得所需。
其中步骤a所述的聚四氟乙烯悬浮液的浓度为40％～70％。
步骤a所述的聚四氟乙烯净重范围10％～90％，导电填料的重量范围90％～10％。
步骤a所述的聚四氟乙烯净重的优选范围10％～50％，导电填料的优选范围50％～90％。
步骤a所述的导电填料采用石墨、乙炔黑、导电碳黑和短炭纤维中的一种或两种。
步骤d所述的导电网采用柔性石墨网或金属网。
所述的金属网采用非编制的铜网或镍网，或电镀一层金属银的非编制铜网或镍网。
所述的步骤d采用下列内容替代：：将步骤c的碾压膜片裁切成需要的大小，在400Kg/cm2压强条件下，直接压制成型。
所述的步骤d中的膜片为一层或一层以上。
在本发明的集流体组合物中，聚四氟乙烯是作为塑料基体，在生产过程中通过碾压改性，使得聚四氟乙烯成树枝状的网状结构，起骨架作用，提高了集流体的力学性能、耐化学腐蚀和电化学腐蚀的能力。
导电填料石墨、乙炔黑、导电碳黑和导电纤维粉在集流体中起导电作用。其中，石墨导电效果较好。
导电网是起增强集流作用，在碾压后的相同膜片，在模压过程中加入导电网，能够提高集流体的导电率，同时能够提高集流体的力学性能。
本发明较好地解决了现有的液流电池复合导电塑料集流体的体积电阻率低、石墨板的刻蚀、脆性和成本高的问题。采用本发明制备的液流电池复合导电塑料集流体具有较好的导电性，成本较低。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。在以下的实施例中，用体积电阻率(欧姆·厘米)表示液流电池集流体的导电性，体积电阻率越小，集流体的导电性越好。
实施例1
在常温和常压下，根据重量比将55.6％的60％聚四氟乙烯悬浮液、22.4％石墨、22.4％炭黑和适量的蒸馏水混合均匀，脱水，烘干，异丙醇浸泡；在温度75℃的条件下，反复碾压，制得膜片；裁膜片，将裁好的两膜片在400Kg/cm2压强条件下，压制成型；将成型样放入专用夹具中，连同夹具放入到390℃高温炉中，烧结30分钟；取出夹具，自然冷却，制得集流体，其体积电阻率为0.3361欧姆·厘米。
实施例2
配方和工艺条件跟实施例1相同，只是在压制时加一层镀银的非编制铜网，制得集流体的体积电阻率为0.02992欧姆·厘米。
实施例3
配方和工艺条件跟实施例1相同，只是在压制时加一层的非编制铜网，制得集流体的体积电阻率为0.02826欧姆·厘米。
实施例4
配方和工艺条件跟实施例1相同，只是在压制时加的非编制镍网，制得的集流体的体积电阻率为0.02722欧姆·厘米。
实施例5
配方和工艺条件跟实施例4相同，只是在压制时加一层韧性石墨网，制得的集流体的体积电阻率为0.06351欧姆·厘米。
实施例6
在常温和常压下，根据重量比将20％的60％聚四氟乙烯悬浮液、80％石墨和适量的蒸馏水混合均匀，脱水，烘干，异丙醇浸泡；在温度75℃的条件下，反复碾压，制得膜片；裁膜片，将裁好的两膜片在在400Kg/cm2压强条件下，压制成型；将成型样放入专用夹具中，连同夹具放入到390℃高温炉中，烧结30分钟；取出夹具，自然冷却，制得集流体，其体积电阻率为0.06245欧姆·厘米。
实施例7
在常温和常压下，根据重量比将55.6％的60％聚四氟乙烯悬浮液、29.6％石墨、14.8％炭黑和适量的蒸馏水混合均匀，烘干，异丙醇浸泡；在温度75℃的条件下，反复碾压，制得膜片；裁膜片，将裁好的两膜片在在400Kg/cm2压强条件下，压制成型；将成型样放入专用夹具中，连同夹具放入到390℃高温炉中，烧结30分钟；取出夹具，自然冷却，制得集流体，其体积电阻率为0.2052欧姆·厘米。
实施例8
在常温和常压下，根据重量比将26.3％的60％聚四氟乙烯悬浮液、60.5％导电炭黑、13.2％乙炔黑和适量的蒸馏水混合均匀，脱水，烘干，异丙醇浸泡；在温度75℃的条件下，反复碾压，制得膜片；裁膜片，将裁好的两膜片在在400Kg/cm2压强条件下，压制成型；将成型样放入专用夹具中，连同夹具放入到390℃高温炉中，烧结30分钟；取出夹具，自然冷却，制得集流体，其体积电阻率为0.1303欧姆·厘米。
实施例9
在常温和常压下，根据重量比将55.6％的60％聚四氟乙烯悬浮液、29.6％石墨、14.8％碳纤维粉和适量的蒸馏水混合均匀，烘干，异丙醇浸泡；在温度75℃的条件下，反复碾压，制得膜片；裁膜片，将裁好的两膜片在在400Kg/cm2压强条件下，压制成型；将成型样放入专用夹具中，连同夹具放入到390℃高温炉中，烧结30分钟；取出夹具，自然冷却，制得集流体，其体积电阻率为0.2252欧姆·厘米。
实施例10
配方和工艺条件跟实施例9相同，只是将55.6％的60％聚四氟乙烯悬浮液换成48％的70％聚四氟乙烯悬浮液，制得集流体，其体积电阻率为0.2248欧姆·厘米，其性能跟实施例9相同。
实施例11
配方和工艺条件跟实施例9相同，只是将55.6％的60％聚四氟乙烯悬浮液换成40％的84％聚四氟乙烯悬浮液，制得集流体，其体积电阻率为0.2255欧姆·厘米，其性能跟实施例9相同。

Claims (10)

1.一种液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，依次包括以下步骤：
a.将聚四氟乙烯悬浮液、导电填料和适量蒸馏水混合均匀，脱水，烘干；
b.异丙醇浸泡烘干物料；
c.在70～80℃的温度条件下，浸泡后的物料经过碾压机碾压，制成膜片；
d.将导电网和膜片分别裁切成需要的尺寸，导电网作为中间层，将膜片置于导电网的两边，在400Kg/cm2压强条件下，压制成型；
e.将步骤d压制成型后的材料放入专用夹具中，连同夹具放入到390℃高温炉中，保温30分钟，冷却，制得所需。
2.根据权利要求1所述的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，步骤a所述的聚四氟乙烯悬浮液的浓度为40％～70％。
3.根据权利要求1所述的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，步骤a所述的聚四氟乙烯净含量的重量范围10％～90％，导电填料的重量范围90％～10％。
4.根据权利要求1所述的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，步骤a所述的聚四氟乙烯净含量的优选范围10％～50％，导电填料的优选范围90％～50％。
5.根据权利要求1所述的液流电池用复合导电塑料集流体的制备方法，步骤a所述的导电填料采用石墨、乙炔黑、导电碳黑和炭纤维粉中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，步骤d所述的导电网采用柔性石墨网或金属网。
7.根据权利要求6所述的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，所述的金属网直接采用非编制的铜网或镍网。
8.根据权利要求6和7所述的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，所述的金属网采用电镀一层金属银的铜网或镍网。
9.根据权利要求1所述的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，其特征在于：所述的步骤d采用下列内容替代：将步骤c的碾压膜片裁切成需要的大小，在400Kg/cm2压强条件下，直接压制成型。
10.根据权利要求1所述的液流电池复合导电塑料集流体的制备方法，其特征在于：所述的步骤d中的膜片为一层或一层以上。
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