CN105529486A - 一种卷绕柔性钒电池的制备方法 - Google Patents

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王丽华
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Abstract

本发明涉及卷绕式柔性钒电池的制备方法，其特征在于该卷绕式柔性电池包括壳体、芯体、电解液、一体化柔性正负极电极、离子交换膜和绝缘隔膜。所述的一体化柔性正负极电极为石墨烯/金属纳米线/聚合物复合柔性电极或者碳纤维布/聚合物复合电极；所述的离子交换膜为磺化聚醚醚酮/氨基化石墨烯、聚苯并咪唑/氯化铝或磺化聚醚砜/氯甲基化聚酰亚胺复合膜中的一种；所述的绝缘隔膜可以是聚丙烯膜、聚乙烯膜、超高分子量聚乙烯中一种。本发明根据储能实际使用要求，用一体化柔性电极取代板框电池中的集流体和双极板，制备结构简单的卷绕式柔性钒电池，减小了接触电阻和占地面积，可节约成本，便于小型轻量化应用。

Description

一种卷绕柔性钒电池的制备方法
技术领域
本发明涉及钒电池制造领域，具体涉及一种新型卷绕式柔性钒电池的制备方法。
背景技术
随着全球化石能源问题的日益严峻，各国都在大力发展可再生能源，例如风能、太阳能、地热能等。风力发电是目前可再生能源发电中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，但由于自然条件的限制，风电在输运过程中存在着不稳定和不连续的缺点，需要相应的储能装置相配合以保持稳定的电能供应。全钒液流电池(VRB)是一种具有大容量、大功率、长寿命的新型储能电池，通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放，由于使用同种元素组成电池系统，可以避免交叉污染和自放电现象，适合大规模应用，已在电站调峰、大规模光电转换以及作为边远地区储能系统或应急电源使用。
目前市场上应用的钒液流电池储能装置一般都是集装箱式的组装方式，质量大、体积大，这种形式一般不适用小型轻量化的应用场合，例如电动汽车。而影响钒液流电池大量应用的主要因素除关键材料(电极、电解液和隔膜)外，电池的结构形式对于电池的能量效率和使用寿命影响很大。现有集装箱式的组装方式在装配过程中需要很大压力导致充放电过程中极化电阻大，难以用于小型轻量化场合。日本专利JP2003123823A报道一种卷式的钒液流电池，但是此专利中使用铜板作为集流体，中间加上层压板使得电池内电阻较大，且使用铜电极易腐蚀。本发明将集流体和双极板合二为一，成为一体化电极，大大减小了接触电阻。
发明内容
本发明的目的在于提出一种卷绕式柔性钒电池及其制备方法，解决现有技术中钒液流电池占地面积大、接触电阻大等问题，实现钒液流电池小型轻量化应用。
为解决上述技术问题，本发明卷绕式柔性钒电池的技术方案为：
一种卷绕式柔性钒电池，包括壳体、芯体、电解液、一体化柔性正负极电极、离子交换膜和绝缘隔膜。
所述的壳体可用塑料材料或金属材料；
所述的芯体可以是石墨棒、碳棒或导电有机聚合物棒；
所述的一体化柔性正负极电极可以是同一种材料；
优选地，所述的一体化柔性正负极电极为石墨烯/金属纳米线/聚合物复合柔性电极或者碳纤维布/聚合物复合电极；
所述的石墨烯为氧化石墨烯；
所述的金属纳米线可以为银纳米线或铜纳米线；
所述的聚合物可以是聚酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺或者超高分子量聚乙烯中的一种；
所述的石墨烯/金属纳米线/聚合物复合电极中的聚合物可以是聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚酰亚胺中的一种；
所述的一体化柔性正负极电极相对侧分别设有规则间隔的缺口耳边，卷绕后分别形成电池的正负极；
所述的离子交换膜为无氟高分子材料的复合膜；
优选地，所述的离子交换膜为磺化聚醚醚酮/氨基化石墨烯、聚苯并咪唑/氯化铝或磺化聚醚砜/氯甲基化聚酰亚胺复合膜中的一种；
所述的绝缘隔膜可以是聚丙烯膜、聚乙烯膜、超高分子量聚乙烯中一种；
所述的电解液分别封装在一体化柔性正负极电极和绝缘隔膜之间。
卷绕柔性钒电池的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
1)将上述的一体化柔性正负极电极沿一侧设置有规则间隔的缺口耳边；
2)将离子交换膜放置于两个柔性正负极电极的中间，柔性负极电极一侧紧贴一层绝缘隔膜；
3)将上述4层材料的另一侧向该一侧对折，密封后卷绕到芯体上形成柔性卷绕式钒电池。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明根据储能实际使用要求，制备了结构简单的卷绕式柔性钒电池，减小了电池的占地面积，简化了制作过程，便于小型轻量化应用；
2.本发明的钒电池用柔性一体化电极，离子交换膜用非氟高聚合物复合膜，可节约成本，提高钒电池的使用效率。
3.本发明去掉了板框电池中的集流体和双极板，用一体化柔性电极取代，大大减小了接触电阻，提高了钒电池的功率密度。
具体实施方式
实施例
本实施例是一种卷绕式柔性钒电池，如图1所示，本实施例中的卷绕式钒电池，包括石墨棒芯体1、石墨烯/纳米银线/聚酰亚胺复合柔性电极2和4、磺化聚醚醚酮/氨基化石墨烯离子交换膜3、聚乙烯绝缘隔膜5卷绕组成，离子交换膜在两层电极之间，负极和绝缘隔膜相邻。正负极材料的一侧边预先设置有规则间隔的极耳，由正极2、离子交换膜3、负极4和绝缘隔膜5组成的4层材料叠摞后一侧向另一侧对折，密封上下两侧后卷绕到芯体1上，注入电解液。由于正负极极耳(7和8)相对反向，卷绕后分别形成正负极极耳端，由正负极极耳端上的通孔(6和9)分别引出卷绕电池的正负极。
附图说明
图1是本发明的卷绕式柔性钒电池的原理图；
图2是本发明的卷绕式柔性钒电池的截面图；
其中，1-芯体，2-正极，3-离子交换膜，4-负极5-绝缘隔膜，
图2中，2、正极，3、离子交换膜，4、负极，5、绝缘隔膜6、正极级耳通孔，7、正极极耳，8、负极极耳，9、负极极耳通孔。

Claims (8)

1.一种卷绕式柔性钒电池，包括壳体、芯体、电解液、一体化柔性正负极电极、离子交换膜和绝缘隔膜，其特征在于，所述的一体化柔性正负极电极为石墨烯/金属纳米线/聚合物复合柔性电极或者碳纤维布/聚合物复合电极；所述的离子交换膜为磺化聚醚醚酮/氨基化石墨烯、聚苯并咪唑/氯化铝或磺化聚醚砜/氯甲基化聚酰亚胺复合膜中的一种；所述的绝缘隔膜可以是聚丙烯膜、聚乙烯膜、超高分子量聚乙烯中一种。
2.根据权利要求1所述的一种卷绕式柔性钒电池，其特征在于，所述的壳体为塑料材料或金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种卷绕式柔性钒电池，其特征在于，所述的芯体为石墨棒、碳棒或导电有机聚合物棒中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种卷绕式柔性钒电池，其特征在于，所述的电解液分别封装在一体化柔性正负极电极和绝缘隔膜之间。
5.根据权利要求1所述的一种卷绕式柔性钒电池，其特征在于，所述的石墨烯为氧化石墨烯。
6.根据权利要求1所述的一种卷绕式柔性钒电池，其特征在于，所述的金属纳米线为银纳米线或铜纳米线。
7.根据权利要求1所述的一种卷绕式柔性钒电池，其特征在于，所述的聚合物为聚酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、聚偏氟乙烯或聚醚砜中的一种。
8.一种根据权利要求1所述的卷绕式柔性钒电池的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
1)将上述的一体化柔性正负极电极沿一侧设置有规则间隔的缺口耳边；
2)将离子交换膜放置于两个柔性正负极电极的中间，柔性负极电极一侧紧贴一层绝缘隔膜；
3)将上述4层材料的另一侧向该一侧对折，密封后卷绕到芯体上形成卷绕式柔性钒电池。
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