CN111816886A - 一种钒电池拼接导电塑料双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钒电池拼接导电塑料双极板，包括导电板和非导电板，所述导电板覆盖电化学反应区，接触电化学反应区的电解液；所述非导电板覆盖电解液流道区，接触电解液流道区的电解液，所述导电板为添加导电剂的高分子树脂材料板，所述非导电板为添加非导电材料的高分子树脂材料板，所述导电板和非导电板中的高分子树脂为同一种高分子树脂；所述导电板和非导电板通过热压熔接。本发明将添加导电剂的高分子树脂材料板和添加非导电材料的高分子树脂材料板拼接形成一块拼接双极板，成本低，可减少电池内部漏电流，提高电池效率。

Description

一种钒电池拼接导电塑料双极板
技术领域
本发明涉及钒电池技术领域，具体涉及一种钒电池拼接导电塑料双极板。
背景技术
目前钒电池双极板材料以石墨双极板和导电塑料双极板为主。双极板兼具分隔正负极电解液的作用，反应区外的双极板接触电解液，会导致漏电流增大，电堆能量效率降低，甚至导致电堆内部短路。用导电双极板分隔非反应区的正负极电解液，增加了导电双极板的用量，从而增加了系统的材料成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种钒电池拼接导电塑料双极板，将添加导电剂的高分子树脂材料板和添加非导电材料的高分子树脂材料板拼接形成一块拼接双极板，成本低，可减少电池内部漏电流，提高电池效率。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种钒电池拼接导电塑料双极板，包括导电板和非导电板，所述导电板覆盖电化学反应区，接触电化学反应区的电解液；所述非导电板覆盖电解液流道区，接触电解液流道区的电解液，所述导电板为添加导电剂的高分子树脂材料板，所述非导电板为添加非导电材料的高分子树脂材料板，所述导电板和非导电板中的高分子树脂为同一种高分子树脂；所述导电板和非导电板通过热压熔接。
进一步地，所述高分子树脂材料为聚烯烃类材料。
进一步地，所述导电剂为导电石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维的一种或几种。
进一步地，所述导电剂的添加量为50 - 80%。
进一步地，所述导电板还添加有5 - 30% 的助熔剂。
进一步地，所述非导电板还添加有0 - 10% 的助熔剂。
进一步地，所述助熔剂为高分子弹性体POE、EVA、SBS、EPDM的一种或几种。
进一步地，所述非导电材料为二氧化硅、二氧化钛、硼酸盐、硅酸盐、硫酸盐的一种或几种。
进一步地，所述非导电材料添加量为10 - 30%。
进一步地，所述导电板包括方形板状结构和位于所述方形板状结构两端中间位置的突出条状结构；所述非导电板数量为4块，分别位于所述突出条状结构的上下表面，且其长度与所述突出条状结构相同；所述导电板和非导电板通过热压熔接，所述非导电板经热压后与所述方形板状结构的上下两端齐平，使得所述导电板和非导电板形成表面平整、熔接线平直的双极板；所述导电板和非导电板的熔接线在电化学反应区和电解液流道区之间的过渡区域。
本发明的有益效果有：
1、本发明将添加导电剂的高分子树脂材料板和添加非导电材料的高分子树脂材料板拼接形成一块拼接双极板，电解液侧由一片完整的双极板进行密封，在后续工艺中简化工艺流程，减少组装困难，成本低，且可减少电池内部漏电流，提高电池效率。
2、本发明的导电板和非导电板的特殊结构设计，两者在热压熔接时熔接线比较平直，因此能精准控制导电板、非导电板及电解液的接触范围，非导电板接触流道内电解液，将导电板与流道内电解液隔离，且导电板的突出条状结构的厚度和长度（非导电板的厚度和长度）可根据电解液流道和电化学反应区变化设计，防止导电板接触流道内的电解液及非导电板接触反应区的电解液，因此在充放电过程中流道内的电解液不会直接与导电板接触，从而减少电池内部漏电流，提高电池效率。
3、本发明的导电板和非导电板中添加助熔剂，可增加热压时的粘接性；非导电板中添加耐酸性的非导电材料，可加快高分子树脂材料的结晶速度，减小模塑收缩率，保证拼接双极板的平整度。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的侧面截面示意图。
图2为本发明的工作示意图。
具体实施方式
如图1-图2所示，一种钒电池拼接导电塑料双极板，包括导电板1和非导电板2，所述导电板1覆盖电化学反应区3，接触电化学反应区3的电解液；所述非导电板2覆盖电解液流道区4，接触电解液流道区4的电解液，所述导电板1为添加导电剂的高分子树脂材料板，所述导电剂的添加量为50 - 80%，所述导电板1还添加有5 - 30% 的助熔剂。所述非导电板2为添加非导电材料的高分子树脂材料板，所述非导电板2还添加有0 - 10% 的助熔剂。所述导电板1和非导电板2中的高分子树脂为同一种高分子树脂，所述高分子树脂材料为聚烯烃类材料。所述导电板1和非导电板2通过热压熔接。
所述导电板1包括方形板状结构11和位于所述方形板状结构11两端中间位置的突出条状结构12；所述非导电板2数量为4块，分别位于所述突出条状结构12的上下表面，且其长度与所述突出条状结构12相同；所述导电板1和非导电板2通过热压熔接，所述非导电板2经热压后与所述方形板状11结构的上下两端齐平，使得所述导电板1和非导电板2形成表面平整、熔接线5平直的双极板。所述导电板1和非导电板2的熔接线5在电化学反应区3和电解液流道区4之间的过渡区域。
实施例1
一种钒电池拼接导电塑料双极板，其制备过程如下：
导电板1的组分：聚丙烯PP 20%，炭黑50%，石墨10%，EVA 20%。
非导电板2的组分：聚丙烯PP 60%，二氧化硅30%，EVA 10%。
导电板1和非导电板2的制备：将以上原料称取后于高速混合机中高速混合均匀，在片材挤出成型机上制备出导电板1和非导电板2。导电板1的方形板状结构11厚度为1mm，突出条状结构12厚度为0.3 mm，非导电板2厚度为0.35 mm。
拼接双极板的制备：在导电板1的突出条状结构12的上下表面各放置一块非导电板2，放入热熔装置中，设置温度140℃，施加压力1MPa，在导电板1和非导电板2重叠区域进行热压熔接，保温保压30s，取出冷却至室温。
实施例2
一种钒电池拼接导电塑料双极板，其制备过程如下：
导电板1的组分：聚乙烯PE 25%，炭黑48%，导电石墨10%，碳纳米管2%，POE 10%，EVA 5%。
非导电板2的组分：聚乙烯PE 75%，二氧化钛20%，POE 5%。
导电板1和非导电板2的制备：将以上原料称取后于高速混合机中高速混合均匀，在片材挤出成型机上制备出导电板1和非导电板2。导电板1的方形板状结构11厚度为2 mm，突出条状结构12厚度为0.3 mm，非导电板2厚度为0.85 mm。
拼接双极板的制备：在导电板1的突出条状结构12的上下表面各放置一块非导电板2，放入热熔装置中，设置温度140℃，施加压力2MPa，在导电板1和非导电板2重叠区域进行热压熔接，保温保压30s，取出冷却至室温。
实施例3
一种钒电池拼接导电塑料双极板，其制备过程如下：
导电板1的组分：聚丙烯PP 15%，炭黑50%，导电石墨28%，石墨烯2%，SBS 5%。
非导电板2的组分：聚丙烯PP 60%，二氧化硅20%，硅酸盐10%，SBS 10%。
导电板1和非导电板2的制备：将以上原料称取后于高速混合机中高速混合均匀，在片材挤出成型机上制备出导电板1和非导电板2。导电板1的方形板状结构11厚度为3 mm，突出条状结构12厚度为1 mm，非导电板2厚度为1 mm。
拼接双极板的制备：在导电板1的突出条状结构12的上下表面各放置一块非导电板2，放入热熔装置中，设置温度150℃，施加压力5MPa，在导电板1和非导电板2重叠区域进行热压熔接，保温保压30s，取出冷却至室温。
实施例4
一种钒电池拼接导电塑料双极板，其制备过程如下：
导电板1的组分：聚乙烯PE 20%，炭黑45%，碳纤维5%，EPDM 30%。
非导电板2的组分：聚乙烯PE 90%，硫酸钡10%。
导电板1和非导电板2的制备：将以上原料称取后于高速混合机中高速混合均匀，在片材挤出成型机上制备出导电板1和非导电板2。导电板1的方形板状结构11厚度为2 mm，突出条状结构12厚度为0.8 mm，非导电板2厚度为0.6 mm。
拼接双极板的制备：在导电板1的突出条状结构12的上下表面各放置一块非导电板2，放入热熔装置中，设置温度150℃，施加压力5MPa，在导电板1和非导电板2重叠区域进行热压熔接，保温保压30s，取出冷却至室温。
实施例5
一种钒电池拼接导电塑料双极板，其制备过程如下：
导电板1的组分：聚乙烯PE 20%，炭黑50%，石墨15%，碳纤维5%，EVA 10%。
非导电板2的组分：聚乙烯PE 65%，硼酸盐30%，EPDM 5%。
导电板1和非导电板2的制备：将以上原料称取后于高速混合机中高速混合均匀，在片材挤出成型机上制备出导电板1和非导电板2。导电板1的方形板状结构11厚度为1.5mm，突出条状结构12厚度为0.5 mm，非导电板2厚度为0.5mm。
拼接双极板的制备：在导电板1的突出条状结构12的上下表面各放置一块非导电板2，放入热熔装置中，设置温度160℃，施加压力5MPa，在导电板1和非导电板2重叠区域进行热压熔接，保温保压30s，取出冷却至室温。
对比例1
一种钒电池导电塑料双极板，其制备过程如下：
导电板的组分：聚丙烯PP 20%，炭黑50%，石墨10%，EVA 20%。
导电板的制备：将以上原料称取后于高速混合机中高速混合均匀，在片材挤出成型机上制备出导电板。导电板厚度为1mm。
对比例2
一种钒电池拼接导电塑料双极板，其制备过程如下：
导电板1的组分：聚乙烯PE 20%，炭黑50%，石墨15%，碳纤维5%，POE 10%。
非导电板2的组分：聚乙烯PE 90%，EPDM 10%。
导电板1和非导电板2的制备：将以上原料称取后于高速混合机中高速混合均匀，在片材挤出成型机上制备出导电板1和非导电板2。导电板1的方形板状结构11厚度为2 mm，突出条状结构12厚度为0.5 mm，非导电板2厚度为0.75mm。
拼接双极板的制备：在导电板1的突出条状结构12的上下表面各放置一块非导电板2，放入热熔装置中，设置温度140℃，施加压力5MPa，在导电板1和非导电板2重叠区域进行热压熔接，保温保压30s，取出冷却至室温。
将对比例1和各实施例中的一体化电极作为电极组装成电堆进行测试，测试电流密度80mA/cm2，电池效率如下表：
表1：采用一体化电机组装的电堆的电池效率测试表
序号 库伦效率 % 电压效率% 能量效率%
对比例1 88.1 84.3 74.3
实施例1 94.1 84.3 79.3
实施例2 93.6 85.0 79.6
实施例3 94.0 85.2 80.1
实施例4 94.2 85.7 80.7
实施例5 94.4 85.4 80.6
由此可见，本发明将添加导电剂的高分子树脂材料板和添加非导电材料的高分子树脂材料板拼接形成一块拼接双极板，电解液侧由一片完整的双极板进行密封，在后续工艺中简化工艺流程，减少组装困难，成本低，且可减少电池内部漏电流，提高电池效率的钒电池拼接双极板。通过导电板1和非导电板2的特殊结构设计，两者在热压熔接时熔接线比较平直，因此能精准控制导电板1、非导电板2及电解液的接触范围，非导电板2接触流道内电解液，将导电板1与流道内电解液隔离，且导电板1的突出条状结构12的厚度和长度（非导电板2的厚度和长度）可根据电解液流道和电化学反应区变化设计，防止导电板1接触流道内的电解液及非导电板2接触反应区的电解液，因此在充放电过程中流道内的电解液不会直接与导电板1接触，从而减少电池内部漏电流，提高电池效率。
将对比例2和实施例的非导电板2进行收缩率测试，其性能数据如下：
表2 非导电板的收缩率测试数据表
序号 收缩率 %
对比例2 2.11
实施例1 0.13
实施例2 0.23
实施例3 0.16
实施例4 0.21
实施例5 0.19
由此可见，本发明的导电板1和非导电板2中添加助熔剂，可增加热压时的粘接性；非导电板2中添加耐酸性的非导电材料，可加快高分子树脂材料的结晶速度，减小模塑收缩率，保证拼接双极板的平整度。
上述说明是示例性的而非限制性的。通过上述说明本领域技术人员可以意识到本发明的许多种改变和变形，其也将落在本发明的实质和范围之内。

Claims (10)

1.一种钒电池拼接导电塑料双极板，包括导电板和非导电板，所述导电板覆盖电化学反应区，接触电化学反应区的电解液；所述非导电板覆盖电解液流道区，接触电解液流道区的电解液，其特征在于，所述导电板为添加导电剂的高分子树脂材料板，所述非导电板为添加非导电材料的高分子树脂材料板，所述导电板和非导电板中的高分子树脂为同一种高分子树脂；所述导电板和非导电板通过热压熔接。
2.根据权利要求1所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述高分子树脂材料为聚烯烃类材料。
3.根据权利要求1所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述导电剂为导电石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维的一种或几种。
4.根据权利要求1或3所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述导电剂的添加量为50 - 80%。
5.根据权利要求1所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述导电板还添加有5 - 30% 的助熔剂。
6.根据权利要求1所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述非导电板还添加有0 - 10% 的助熔剂。
7.根据权利要求5或6所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述助熔剂为高分子弹性体POE、EVA、SBS、EPDM的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述非导电材料为二氧化硅、二氧化钛、硼酸盐、硅酸盐、硫酸盐的一种或几种。
9.根据权利要求1或8所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述非导电材料添加量为10 - 30%。
10.根据权利要求1所述的钒电池拼接导电塑料双极板，其特征在于，所述导电板包括方形板状结构和位于所述方形板状结构两端中间位置的突出条状结构；所述非导电板数量为4块，分别位于所述突出条状结构的上下表面，且其长度与所述突出条状结构相同；所述导电板和非导电板通过热压熔接，所述非导电板经热压后与所述方形板状结构的上下两端齐平，使得所述导电板和非导电板形成表面平整、熔接线平直的双极板；所述导电板和非导电板的熔接线在电化学反应区和电解液流道区之间的过渡区域。
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