CN1567618A - 全钒离子液流电池用电极的制备方法 - Google Patents

全钒离子液流电池用电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电池电极的制造领域，其特征是首先将合成橡胶(1)或热塑性聚合物(2)或按质量比为1∶1～9∶1的合成橡胶与热塑性聚合物(3)的混合物溶于1∶1～1∶15的溶剂；然后在溶液中按比例加入导电填料，在常温下搅拌混合0.2～5小时，得糊状导电材料；再将该导电材料涂覆于炭毡，与金属集电体在室温下压制成型即制得钒电池用电极。它克服了高温熔融过程中温度不易控制而造成的高分子材料分解，或熔体粘度过高等原因造成的导电塑料性能降低的缺点；其工艺简单、操作方便、能耗低、适合于工业化生产；用本发明生产的钒电池电极成本低，满足钒电池的性能要求。

Description

全钒离子液流电池用电极的制备方法
技术领域：
本发明属于电池电极的制造领域，尤其是用于制备全钒离子液流电池电极的方法。
背景技术：
由于钒电池处在强酸性介质中，因此其电极材料要求化学稳定性好、机械强度高、电化学活性优良以及低成本。而目前钒电池用电极材料主要是两类：金属类电极和复合类电极。
金属类钒电池电极的循环伏安和充放电实验研究结果表明，这类电极在V(IV)/V(V)电对发生电极反应的电势区间内表面易形成钝化膜，阻碍电极反应的继续进行，表现电化学可逆性差，价格昂贵，限制了这类电极的应用领域。
复合类电极的制备工艺是采用将合成橡胶(1)或热塑性聚合物(2)或两者的混合物(3)，首先将其加热至熔点温度以上，成为一种熔融的状态后，再加入导电填料(炭素类材料或金属粉体)，充分搅拌，制造电塑料；然后，将集电体(金属网、箔或板)、导电塑料、炭毡类材料热压成型，制备成钒电池用电极。该方法整个过程都在200℃以上的高温下进行，操作不便，能耗高，对设备要求苛刻；尤其是采用高温熔融合成橡胶或热塑性聚合物或者它们的其混合物制备导电塑料时，它们的熔融温度不易控制；温度稍稍过高，材料则被分解；温度稍稍偏低，粘度则被增高，导致导电填料混合不均匀，影响所制得的材料的导电性能。
发明的目的：
本发明的目的是：克服在高温热压条件下电极制备工艺的缺点，提供一种能在常温下制备全钒离子液流电池用电极的方法，它工艺简单、操作方便、能耗低、适合于工业化生产；用本发明生产的钒电池电极成本低，满足钒电池的性能要求。
本发明的技术措施是：首先将合成橡胶(1)，或热塑性聚合物(2)，或按质量比为1∶1～9∶1的合成橡胶与热塑性聚合物(3)的混合物溶于1∶1～1∶15的溶剂；然后在溶液中按比例加入导电填料，在常温下搅拌混合0.2～5小时，得糊状导电材料；再将该导电材料涂覆于炭毡，与金属集电体在室温下压制成型即制得钒电池用电极。
合成橡胶(1)为氢橡胶、乙烯-丙烯-二乙烯聚合物、乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯、乙烯-丙烯橡胶、聚丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯。
溶剂为环己烷或丙酮、乙酸乙酯、氯仿、甲苯、乙醚、苯、二甲亚砜或其他溶剂。
导电填料为石墨粉、炭黑、乙炔黑、金属粉、它们中的两种或两种以上的混合物。
热塑性聚合物(2)为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯。
本发明的优点和积极效果主要体现在下列几个方面：
1.用本发明制备钒电池电极，整个制作过程都在常温(室温)下完成，不仅可节约能源，且操作方便，无需使用任何特殊设备；
2.本发明在导电塑料的制备过程中，以溶剂取代高温熔融，由于所添加的溶剂量可根据所需溶液粘度的大小加以调节，克服了高温熔融过程中温度不易控制而造成的高分子材料分解，或熔体粘度过高等原因造成的导电塑料性能降低的缺点，因此，电极产品的合格率高。
附图说明：
本发明的工艺流程示意图：
具体实施方式：
实施例1
称取合成橡胶苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，按固(质量)液(体积)比为1∶3的比例加入溶剂甲苯，搅拌混合0.2～1.0小时；
按合成橡胶质量比为1∶0.3的比例称取质量比为4∶1的导电填料石墨粉与乙炔黑的混合物；将其加入合成橡胶溶液中，搅拌0.2～5.0小时，使导电填料与合成橡胶混合均匀，得糊状物；
将该糊状物涂覆于炭毡或石墨毡的一面，并在涂有糊状物的一面粘上金属集电体则做成端电极；在涂有糊状物的一面粘上金属集电体，并在金属集电体的另一面再涂覆一层糊状物并粘土炭毡或石墨毡则制得双极化电极。
实施例2
称取一定量的热塑性聚合物聚乙烯，按固(质量)液(体积)比为1∶6的比例与四氢呋喃，搅拌混合0.2～1.0小时；
按合成橡胶质量比为1∶0.5的比例称取质量比为6∶1导电填料石墨粉和炭黑的混合物；将其加入合成橡胶溶液中搅拌0.2～5.0小时，使导电填料与合成橡胶混合均匀，得糊状物；
将该糊状物涂覆于炭毡或石墨毡的一面，并在涂有糊状物的一面粘土金属集电体则做成端电极；在涂有糊状物的一面粘上金属集电体，并在金属集电体的另一面再涂覆一层糊汰物并粘上炭毡或石墨毡则制得双极化电极。
实施例3
称取合成橡胶与热塑性聚合物1∶0.3的混合物，按固液比为1∶5.0的比例加入甲苯或其他溶剂，搅拌混合0.2～1.0小时；
按合成橡胶质量比为1∶0.2的比例称取质量比5∶1的导电填料石墨粉与乙炔黑的混合物；将其加入合成橡胶溶液中，搅拌0.2～5.0小时，使导电填料与合成橡胶混合均匀，得糊状物；
将该糊状物涂覆于炭毡或石墨毡的一面，并在涂有糊状物的一面粘上金属集电体则做成端电极；并在金属集电体的另一面再涂覆一层糊状物并粘上炭毡或石墨毡则制得双极化电极。

Claims (8)

1.全钒离子液流电池用电极的制备方法，其特征在于：首先将合成橡胶(1)，或热塑性聚合物(2)，或按质量比为1∶1～9∶1的合成橡胶与热塑性聚合物(3)的混合物溶于1∶1～1∶1 5的溶剂；然后在溶液中按比例加入导电填料，在常温下搅拌混合0.2～5小时，得糊状导电材料；再将该导电材料涂覆于炭毡，与金属集电体在室温下压制成型即制得钒电池用电极。
2.根据权利要求1所述的全钒离子液流电池用电极的制备方法，其特征在于：合成橡胶(1)为氢橡胶、乙烯-丙烯-二乙烯聚合物、乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯、乙烯-丙烯橡胶、聚丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯。
3.根据权利要求1所述的全钒离子液流电池用电极的制备方法，其特征在于：溶剂为环己烷或丙酮、乙酸乙酯、氯仿、甲苯、乙醚、苯、二甲亚砜或其他溶剂。
4.根据权利要求1所述的全钒离子液流电池用电极的制备方法，其特征在于：导电填料为石墨粉、炭黑、乙炔黑、金属粉、它们中的两种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的全钒离子液流电池用电极的制备方法，其特征在于：热塑性聚合物(2)为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯。
6.根据权利要求1所述的全钒离子液流电池用电极的制备方法，其特征在于：称取合成橡胶苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，按固(质量)液(体积)比为1∶3的比例加入溶剂甲苯，搅拌混合0.2～1.0小时；
按合成橡胶质量比为1∶0.3的比例称取质量比为4∶1的导电填料石墨粉与乙炔黑的混合物；将其加入合成橡胶溶液中，搅拌0.2～5.0小时，使导电填料与合成橡胶混合均匀，得糊状物；
将该糊状物涂覆于炭毡或石墨毡的一面，并在涂有糊状物的一面粘上金属集电体则做成端电极；在涂有糊状物的一面粘上金属集电体，并在金属集电体的另一面再涂覆一层糊状物并粘土炭毡或石墨毡则制得双极化电极。
7.根据权利要求1所述的全钒离子液流电池用电极的制备方法，其特征在于：称取一定量的热塑性聚合物聚乙烯，按固(质量)液(体积)比为1∶6的比例与四氢呋喃，搅拌混合0.2～1.0小时；
按合成橡胶质量比为1∶0.5的比例称取质量比为6∶1导电填料石墨粉和炭黑的混合物；将其加入合成橡胶溶液中搅拌0.2～5.0小时，使导电填料与合成橡胶混合均匀，得糊状物；
将该糊状物涂覆于炭毡或石墨毡的一面，并在涂有糊状物的一面粘土金属集电体则做成端电极；在涂有糊状物的一面粘上金属集电体，并在金属集电体的另一面再涂覆一层糊汰物并粘上炭毡或石墨毡则制得双极化电极。
8.根据权利要求1所述的全钒离子液流电池用电极的制备方法，其特征在于：称取合成橡胶与热塑性聚合物1∶0.3的混合物，按固液比为1∶5.0的比例加入甲苯或其他溶剂，搅拌混合0.2～1.0小时；
按合成橡胶质量比为1∶0.2的比例称取质量比5∶1的导电填料石墨粉与乙炔黑的混合物；将其加入合成橡胶溶液中，搅拌0.2～5.0小时，使导电填料与合成橡胶混合均匀，得糊状物；
将该糊状物涂覆于炭毡或石墨毡的一面，并在涂有糊状物的一面粘上金属集电体则做成端电极；并在金属集电体的另一面再涂覆一层糊状物并粘上炭毡或石墨毡则制得双极化电极。
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