CN102623718A - 一种全钒液流电池用集流体的制备方法 - Google Patents

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张琦
杨海波
王皎月
宋龙江
喻春亮
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Abstract

本发明公开一种全钒液流电池用集流体的制备方法，包括以下步骤：(1)将高分子聚合物材料和导电填料按重量比为30-50∶50-70进行混合，混合均匀后，置于温度控制在100-150℃，转速为20-40r/min的密炼机中混炼10-30min；(2)向混炼后的共混物中按重量百分数加入5-10％的分散剂，再150-200℃恒温加热20-60min，并充分搅拌；(3)将事先准备好的模具加热到150-200℃，保温；(4)将混合物放在模具内恒温20-40min，然后以30-50MPa的压力进行压片40-60min。与现有技术相比，本发明提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，具有易成型、成本低等优点，并且优化了集流体制备过程中的工艺流程，通过添加导电填料以获得低电阻率、高导电率的导电高分子材料，然后添加分散剂以进一步提高导电高分子材料的导电特性。

Description

一种全钒液流电池用集流体的制备方法
技术领域
本发明涉及电池生产领域，确切地说是指一种全钒液流电池用集流体的制备方法。
背景技术
全钒液流电池(简称VRB)由两个电解液罐和一层层的电池单元组成。电解液罐用于盛两种不同的钒离子溶液作为电池反应的活性物质，正极活性物质为V4+/V5+电对溶液，负极活性物质为V2+/V3+电对溶液。一层层的电池单元中夹着隔膜、电极以及集流体，在电池单元内部通过充放电方式改变氧化还原反应，从而达到电能与化学能的相互转换。
充电时：正极VO2++H2O→VO2++2H++e
负极V3++e→V2+
放电时：正极VO2++2H++e→VO2++H2O
负极V2+→V3++e
全钒液流电池中的集流体起到分隔正、负极电解液和收集电流的作用。在全钒液流电池中，集流体一直处于在强酸、强氧化性介质的环境下运行。因此，要求全钒液流电池集流体具备高的导电性，良好的耐腐蚀性、耐久性和低的制造成本。在现有的技术中，通常采用金属双极板材料、石墨双极板材料以及碳塑双极板材料来制备集流体，以起到隔液和收集电流的作用。然而金属双极板材料虽强度好、但价格昂贵；石墨双极板材料制备工艺复杂，且在反复充放电情况下容易腐蚀；碳塑双极板材料含有一定比例的高分子聚合物导致电阻率较高。
发明内容
本发明的目的为了适应全钒液流电池用集流体工业化生产的需要，克服现有技术采用金属双极板材料制备集流体成本较高和采用石墨双极板材料制备集流体工艺复杂以及碳塑双极板材料电阻率高等缺陷，提供一种新的全钒液流电池用集流体的制备方法。
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种全钒液流电池用集流体的制备方法，具有易成型、成本低等优点，并且优化了集流体制备过程中的工艺流程，通过添加导电填料以获得低电阻率、高导电率的导电高分子材料，然后添加分散剂以进一步提高导电高分子材料的导电特性。
为了解决以上的技术问题，本发明提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高分子聚合物材料和导电填料按重量比为30-50∶50-70进行混合，混合均匀后，置于温度控制在100-150℃，转速为20-40r/mi n的密炼机中混炼10-30min；
(2)向混炼后的共混物中按重量百分数加入5-10％的分散剂，在150-200℃恒温加热20-60min，并充分搅拌；
(3)将事先准备好的模具加热到150-200℃，保温；
(4)将混合物放在模具内恒温20-40min，然后以30-50MPa的压力进行压片40-60min。
优选地，步骤(1)中，高分子聚合物材料是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、聚吡咯、聚碳酸酯、聚苯胺中的一种或几种。
优选地，步骤(1)中，导电填料是碳黑、石墨粉、镀镍铜粉中的一种或几种。
优选地，步骤(2)中，分散剂是聚丙烯磺酸钠、氨基乙醇、乙烯基乙二醇中的一种或几种。
优选地，步骤(2)中，分散剂为氨基乙醇时，恒温温度需控制在150-170℃。
优选地，步骤(3)中，分散剂为氨基乙醇时，将事先准备好的模具加热到150-170℃，保温。
优选地，步骤(2)中，分散剂为聚丙烯磺酸钠时，恒温温度需控制在170-200℃。
优选地，步骤(3)中，分散剂为聚丙烯磺酸钠时，将事先准备好的模具加热到170-200℃，保温。
优选地，步骤(2)中，分散剂为乙烯基乙二醇时，恒温温度需控制在170-200℃。
优选地，步骤(3)中，分散剂为乙烯基乙二醇时，将事先准备好的模具加热到170-200℃，保温。
本发明提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，采用高分子聚合物材料，通过添加各种导电材料以及分散剂经混合加热，采用压层成型制得的具有低电阻率、高导电特性的复合材料，它既有高分子材料耐腐蚀性和耐久性的特性，在制备过程中又具有成本低，易成型的特性，经检测制备出的全钒液流电池用集流体的电压效率在80％以上，体积电阻率在2.0Ωcm以下。与现有技术相比，本发明提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，用高分子聚合物材料为基体，通过对该聚合物材料中添加导电填料以及分散剂来降低该集流体的电阻，从而提高这种集流体的导电性，以满足全钒液流电池用集流体的要求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的全钒液流电池用集流体的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。
请参见图1，该图为本发明提供的全钒液流电池用集流体的制备方法的工艺流程图。
实施例1
本实施例提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高分子聚合物材料和导电填料按重量比为30∶50进行混合，混合均匀后，置于温度控制在100℃，转速为20r/min的密炼机中混炼10min，其中，高分子聚合物材料是聚乙烯，导电填料是碳黑，通过导电填料与粉末状高分子聚合物材料共混处理，获得具有良好导电特性的导电高分子材料共混物；
(2)向混炼后的共混物中按重量百分数加入5-10％的分散剂，在160℃恒温加热20min，并充分搅拌，其中，分散剂为氨基乙醇，将共混物与分散剂进行混合处理，以进一步提高高分子材料导电性；
(3)将事先准备好的模具加热到160℃，保温；
(4)将混合物放在模具内恒温20min，然后以30MPa的压力进行压片40min。
实施例2
本实施例提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，包括以下步骤：
((1)将高分子聚合物材料和导电填料按重量比为50∶70进行混合，混合均匀后，置于温度控制在150℃，转速为40r/min的密炼机中混炼30min，其中，高分子聚合物材料是聚丙烯和聚氯乙烯，导电填料是石墨粉，通过导电填料与粉末状高分子聚合物材料共混处理，获得具有良好导电特性的导电高分子材料共混物；
(2)向混炼后的共混物中按重量百分数加入10％的分散剂，在180℃恒温加热60min，并充分搅拌其中，分散剂为聚丙烯磺酸钠，将共混物与分散剂进行混合处理，以进一步提高高分子材料导电性；
(3)将事先准备好的模具加热到180℃，保温；
(4)将混合物放在模具内恒温40min，然后以50MPa的压力进行压片60min。
实施例3
本实施例提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高分子聚合物材料和导电填料按重量比为30∶70进行混合，混合均匀后，置于温度控制在120℃，转速为30r/min的密炼机中混炼20min，其中，高分子聚合物材料是聚丙烯腈、尼龙、聚吡咯、聚碳酸酯和聚苯胺，导电填料是碳黑、石墨粉和镀镍铜粉，通过导电填料与粉末状高分子聚合物材料共混处理，获得具有良好导电特性的导电高分子材料共混物；
(2)向混炼后的共混物中按重量百分数加入8％的分散剂，在175℃恒温加热40min，并充分搅拌，其中，分散剂为乙烯基乙二醇，将共混物与分散剂进行混合处理，以进一步提高高分子材料导电性；
(3)将事先准备好的模具加热到180℃，保温；
(4)将混合物放在模具内恒温30min，然后以40MPa的压力进行压片50min。
本发明提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，采用高分子聚合物材料，通过添加各种导电材料以及分散剂经混合加热，采用压层成型制得的具有低电阻率、高导电特性的复合材料，它既有高分子材料耐腐蚀性和耐久性的特性，在制备过程中又具有成本低，易成型的特性，经检测制备出的全钒液流电池用集流体的电压效率在80％以上，体积电阻率在2.0Ωcm以下。与现有技术相比，本发明提供的全钒液流电池用集流体的制备方法，用高分子聚合物材料为基体，通过对该聚合物材料中添加导电填料以及分散剂来降低该集流体的电阻，从而提高这种集流体的导电性，以满足全钒液流电池用集流体的要求。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高分子聚合物材料和导电填料按重量比为30-50∶50-70进行混合，混合均匀后，置于温度控制在100-150℃，转速为20-40r/mi n的密炼机中混炼10-30min；
(2)向混炼后的共混物中按重量百分数加入5-10％的分散剂，在150-200℃恒温加热20-60min，并充分搅拌；
(3)将事先准备好的模具加热到150-200℃，保温；
(4)将混合物放在模具内恒温20-40min，然后以30-50MPa的压力进行压片40-60min。
2.根据权利要求1所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，高分子聚合物材料是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、聚吡咯、聚碳酸酯、聚苯胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，导电填料是碳黑、石墨粉、镀镍铜粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，分散剂是聚丙烯磺酸钠、氨基乙醇、乙烯基乙二醇中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，分散剂为氨基乙醇时，恒温温度需控制在150-170℃。
6.根据权利要求5所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，分散剂为氨基乙醇时，将事先准备好的模具加热到150-170℃，保温。
7.根据权利要求4所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，分散剂为聚丙烯磺酸钠时，恒温温度需控制在170-200℃。
8.根据权利要求7所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，分散剂为聚丙烯磺酸钠时，将事先准备好的模具加热到170-200℃，保温。
9.根据权利要求4所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，分散剂为乙烯基乙二醇时，恒温温度需控制在170-200℃。
10.根据权利要求9所述的全钒液流电池用集流体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，分散剂为乙烯基乙二醇时，将事先准备好的模具加热到170-200℃，保温。
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