CN105140527A - 一种全钒液流电池用三合一复合电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全钒液流电池用三合一复合电极及其制备方法，包括导电塑料板和两个石墨毡，所述两个石墨毡分别设于所述导电塑料板的两个相对的侧面上，所述导电塑料板由塑料板和导电材料通过热压成型，所述两个石墨毡与导电塑料板之间通过热压成型。本发明的技术方案提高了电池的密封性及循环寿命且方便电池维护，且其制备原料易得，工艺简单，具有机械性能好、高导电率且制备工艺简单易操作，易规模化生产的优点。

Description

一种全钒液流电池用三合一复合电极及其制备方法
技术领域
本发明属于电池设计领域，涉及一种液流电池用电极，尤其涉及一种全钒液流电池用三合一复合电极及其制备方法。
背景技术
钒液流电池的双极板材料包括：耐蚀金属类、碳素类和导电塑料类。耐蚀金属类成本昂贵，暂不能具备大规模应用的前景。碳素类双极板(如石墨、玻碳等)，在电堆运行过程中易被腐蚀，难以保证使用寿命。而导电塑料类双极板则是以高分子树脂(如PP，PE等)和导电填料(如导电炭黑等)为原料，以注塑或模压工艺成型。
石墨板和导电塑料相同之处是，这两种材料都含有石墨粉材料和高分子材料，不同的是：第一，导电塑料的导电性比石墨板差不少；第二，导电塑料是柔软可弯曲的材料，但是石墨板可弯曲度很小，甚至基本不能弯曲；第三，导电塑料的尺寸可能会比石墨板大很多，这样在做大尺寸电堆的时候，导电塑料会有一定优势；第四，价格上导电塑料相对便宜一些，尤其是大尺寸产品，石墨板会非常昂贵。
目前常用的双极板是石墨板(石墨含量大于90％左右)和导电塑料(石墨含量小于60％左右)，只有少数公司在试用三合一复合电极。为了降低电极和集流板之间的接触电阻，并保证液流传质等，一体化电极的设计成为一个研究热点。
所谓三合一复合电极，就是采用适当方式将石墨毡电极结合在具有良好导电性的集流双极板上成为一个整体电极的操作。比如：在石墨毡和柔性石墨板间加入一层碳素复合薄层，然后将三者热压在一起组成一体化电极。
但现有技术制备得到复合导电电极，由于原料配比和成型工艺等问题，导致复合导电电极的导电性能差、机械性能差、不利于应用过程中全钒液流电池的组装和密封。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种全钒液流电池用三合一复合电极。
为达到上述目的，具体技术方案如下：
一方面，提供了一种全钒液流电池用三合一复合电极，包括导电塑料板和两个石墨毡，所述导电塑料板由塑料板和导电材料通过热压成型，所述两个石墨毡分别设于所述导电塑料板的两个相对的侧面上，所述两个石墨毡与导电塑料板之间通过热压成型。
优选的，所述两个石墨毡的平行于所述导电塑料板的侧面的截面面积均小于所述导电塑料板的侧面的面积。
优选的，所述导电塑料板的厚度为1～15mm。
优选的，所述石墨毡的厚度为3～20mm。
另一方面，提供了一种如上所述的全钒液流电池用三合一复合电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，制备导电塑料板；
步骤2，将两个石墨毡分别置于导电塑料板的上、下两个侧面上，在50～300℃，5～15MPa下，通过热压制成为一体。
优选的，所述步骤1中包括：
步骤1.1，制备塑料板；
步骤1.2，将成型后的塑料板和粘结剂覆在经预处理的导电材料上，装入模具，在50～300℃，2～30MPa下，通过热压成型，得到导电塑料板。
优选的，所述步骤1.1中包括称量5～50％质量比的塑料颗粒装入模具，在50～300℃，5～15MPa下，热熔成型，得到塑料板。
优选的，所述步骤1.1中的塑料颗粒为PP塑料颗粒、PVC塑料颗粒、PE塑料颗粒或PS塑料颗粒中的一种或几种。
优选的，所述步骤1.2中的导电材料为石墨粉、碳毡、石墨毡或导电炭黑中的一种或几种。
优选的，所述步骤1.2中的粘结剂为氰基丙烯酸酯、热塑性丙烯酸树脂、氰基丙烯酸酯或环氧树脂中的一种或几种。
相对于现有技术，本发明的技术方案与传统的导电塑料板相比，具有导电塑料板的尺寸结构，可以根据具体应用需求做调整，其机械性能好、导电性能好，便于后期单电池组装、密封和测试；不同的电池尺寸需求都能够满足，解决了单电池组装工艺复杂，不易密封等问题；同时，通过成型模具的设计，避免了成型后加工，利于工业化生产，具有以下优点：
1，与传统的导电塑料板相比，具有导电塑料板的尺寸结构可以根据具体应用需求做调整；
2，电导率高，1-10Ω范围内；
3，机械性能好，结构致密。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例的导电塑料板的制备示意图；
图2是本发明实施例的三合一复合电极的制备示意图；
图3是本发明实施例1的三合一复合电极的微观结构示意图；
图4是本发明实施例2的三合一复合电极的微观结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。
如图1至图2中所示的本发明的实施例的一种全钒液流电池用三合一复合电极及其制备方法，包括：
步骤1，导电塑料板研制：
步骤1.1，塑料板成型
称量5～50％质量比的塑料颗粒装入模具，将模具放入热压机中，50～300℃，5～15MPa，热熔成型，得到均匀塑料板；
塑料颗粒以下为PP塑料颗粒、PVC塑料颗粒、PE塑料颗粒或PS塑料颗粒中的一种或几种，采用一种或几种塑料颗粒通过任意比混合而成的塑料颗粒混合物。
步骤1.2，导电塑料板成型
将成型后的塑料板和粘结剂覆在经预处理的导电材料上，装入模具放入热压机中，50～300℃，2～30MPa，通过热压机压合，使塑料板均匀注入导电材料中，热压成型，得到导电塑料板，厚度1～15mm。
导电材料以下为石墨粉、碳毡、石墨毡或导电炭黑一种或几种任意比混合物；
粘结剂以下为氰基丙烯酸酯、热塑性丙烯酸树脂、氰基丙烯酸酯或环氧树脂中的一种或几种，采用任意比混合得到的混合物。
步骤2，三合一复合电极制备
将两个石墨毡，厚度3～20mm，分别置于导电塑料板的上、下侧面上，其中，石墨毡面积小于导电塑料板的面积。装入模具，放入热压机中，50～300℃，5～15MPa，通过热压机压制成为一体，即得三合一复合电极。
本发明实施例的三合一复合电极采用模压的方法制成，与传统的导电塑料板相比，具有导电塑料板的尺寸结构可以根据具体应用需求做调整，机械性能好、导电性能好，便于后期单电池组装、密封和测试等特点。不同的电池尺寸需求都能够满足，解决了单电池组装工艺复杂，不易密封等问题。同时，通过成型模具的设计，避免了成型后加工，利于工业化生产。
实施例1
步骤1，导电塑料板研制：
步骤1.1，塑料板成型
根称量5％质量百分比的PE和PVC塑料颗粒装入模具，将模具放入热压机中，200℃，5MPa，热熔成型，得到均匀塑料板。
步骤1.2，导电塑料板成型
将成型后的塑料板和环氧树脂均匀覆在导电材料碳毡和导电炭黑上，碳毡尺寸100×150×5mm，装入模具放入热压机中，200℃，5MPa，通过热压机压合，使塑料板均匀注入石墨毡的纤维缝隙中，热压成型，得到导电塑料板。
步骤2，三合一复合电极制备
如图3中所示，将碳毡分别置于导电塑料板的上、下部，装入模具放入热压机中，通过热压机压制成为一体，150℃，10MPa，即得三合一复合电极。碳毡尺寸为200×250×8mm。
实施例2
步骤1，导电塑料板研制：
步骤1.1，塑料板成型
称量30％质量百分比的PP、PE和PVC塑料颗粒装入模具，将模具放入热压机中，150℃，10MPa，热熔成型，得到均匀塑料板；
步骤1.2，导电塑料板成型
将成型后的塑料板和热塑性丙烯酸树脂覆两块导电材料石墨毡上，石墨毡尺寸230×350×3mm中间，装入模具放入热压机中，150℃，10MPa，通过热压机压合，使塑料板均匀注入上下两块石墨毡的纤维缝隙中，热压成型，得到导电塑料板。
步骤2，三合一复合电极制备
如图4中所示，将石墨毡分别置于导电塑料板的上、下部，装入模具放入热压机中，通过热压机压制成为一体，100℃，15MPa，即得三合一复合电极。石墨毡尺寸为380×500×10mm。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种全钒液流电池用三合一复合电极，其特征在于，包括导电塑料板和两个石墨毡，所述导电塑料板由塑料板和导电材料通过热压成型，所述两个石墨毡分别设于所述导电塑料板的两个相对的侧面上，所述两个石墨毡与导电塑料板之间通过热压成型。
2.如权利要求1所述的全钒液流电池用三合一复合电极，其特征在于，所述两个石墨毡的平行于所述导电塑料板的侧面的截面面积均小于所述导电塑料板的侧面的面积。
3.如权利要求2所述的全钒液流电池用三合一复合电极，其特征在于，所述导电塑料板的厚度为1～15mm。
4.如权利要求3所述的全钒液流电池用三合一复合电极，其特征在于，所述石墨毡的厚度为3～20mm。
5.一种如权利要求1所述的全钒液流电池用三合一复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，制备导电塑料板；
步骤2，将两个石墨毡分别置于导电塑料板的上、下两个侧面上，在50～300℃，5～15MPa下，通过热压制成为一体。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1中包括：
步骤1.1，制备塑料板；
步骤1.2，将成型后的塑料板和粘结剂覆在经预处理的导电材料上，装入模具，在50～300℃，2～30MPa下，通过热压成型，得到导电塑料板。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1中包括称量5～50％质量比的塑料颗粒装入模具，在50～300℃，5～15MPa下，热熔成型，得到塑料板。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1中的塑料颗粒为PP塑料颗粒、PVC塑料颗粒、PE塑料颗粒或PS塑料颗粒中的一种或几种。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤1.2中的导电材料为石墨粉、碳毡、石墨毡或导电炭黑中的一种或几种。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤1.2中的粘结剂为氰基丙烯酸酯、热塑性丙烯酸树脂、氰基丙烯酸酯或环氧树脂中的一种或几种。
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