专利名称：一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法
技术领域：
本发明属于能量储存领域，涉及电池材料的制造，特别是一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法。
背景技术：
全钒氧化还原液流电池是一种新型的储能装置，其由电堆、正负电解液储槽及其他辅助控制装置组成。其能量以正负极电解液的形式储存，充放电过程中，在离子交换膜的两侧分别发生氧化反应和还原反应正极反应+IH+ +e'^ VO2+ + H2O E0 = 1. OOV负极反应V3++e-— V2+ E0 = -0. 26V全钒氧化还原液流电池具有特殊的电池结构，可实现深度大电流密度放电，其能量高，价格低廉。并且，它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质。所以，它的应用领域广阔，可为大厦、机场等场所提供备用电源，可作为太阳能、光伏发电系统的配套储能装置， 也可用于电网调峰等。据申请人所知，双极板是制造全钒氧化还原液流电池的关键材料之一，目前，常用的双极板有金属基双极板、石墨类双极板以及导电塑料类双极板。例如中国专利文献(专利申请号2006101^486. 4)公开的《一种带有表面涂层的燃料电池金属双极板》，其结构包括金属基体，其特点是所述金属基体表面设置有氮化铬涂层；所述氮化铬涂层厚度为 0. 5 μ m-10 μ m ；所述氮化铬涂层为致密、无针孔的薄膜。该金属双极板采用离子束表面改性技术，在基体表面形成一层薄膜，以保持基体的形状和精度；并要求涂层与基体间的结合力高、力求做到涂层均勻致密，从而使这种双极板在燃料电池工作电位范围内具有较长的稳定性和良好的机械特性。由于该发明对于薄膜的要求较高，导致生产工艺相对复杂。中国专利文献(专利申请号200310108021. 7)公开了《一种燃料电池石墨极板的制造方法》，其是采用热压力模压一次成型，将预先按比例拌勻的石墨粉和树脂混合，放入已经预热的模具中，热压力模压成型，石墨粉和树脂的混合比例为1 0.15 0.4;为改善成型质量，还可在树脂中加入固化剂和稀释剂。该发明能够增加极板的导电性，但其成本较尚ο申请人:在认真地分析和研究现有的双极板及极板的制造和使用基本情况后认为， 金属基极板由于耐腐蚀的原因，目前尚未大规模应用，石墨双极板虽已得到应用，但还存在正极侧有刻蚀现象以及机械强度差的缺点。而导电塑料的应用正在悄然兴起，这是由于导电塑料本身就具有密度小，加工成型容易，成本低，适合大规模连续生产等一些弓I人注目的特点，因此，导电塑料双极板正在成为同行业研究的热点，但其自身存在导电性差的缺点， 需要采取有效的技术措施和工艺方法认真地加以改进和克服。据有关资料介绍，为了提高导电塑料极板的导电性能，在传统导电塑料极板制备过程中，往往会添加大量的导电碳黑，这不仅损害导电塑料极板的机械性能，而且在钒电池过充的情况下，作为正极的导电塑料极板表面会发生无定形碳黑流失现象，从而造成极板的体积电阻增大。并且，当钒电池循环运行时间比较长时，正极侧的导电塑料极板会出现鼓包甚至分层的现象，严重影响钒电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术的不足，进行研究和改进，提出一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，通过本发明制备的双极板，可以克服常规导电塑料双极板导电性能的不足，并提高双极板的寿命及机械性能。本发明的技术解决方案是采用高分子树脂和导电碳黑作为制作导电塑料双极板的原料，在高分子树脂中加入导电碳黑，形成高分子树脂与导电碳黑的混合物，其特征在于，采用金属粉末，制作金属微粒悬浮液，在高分子树脂与导电碳黑的混合物中，掺杂由金属粉末制作的金属微粒悬浮液，构成制作导电塑料基体的物料，再通过模具压制成型制备导电塑料双极板，具体步骤是1)在高分子树脂加入导电碳黑，按重量比进行混合配制，经充分混合，搅拌均勻， 形成高分子树脂与导电碳黑的混合物；2)根据要求采用的导电塑料类型及用量配制金属微粒悬浮液先选择合适的金属微粒类型，再称取适量金属粉末，往金属粉末中加入液态表面改性剂，充分搅拌，形成金属微粒悬浮液；3)将高分子树脂与导电碳黑的混合物同掺杂的金属微粒悬浮液充分混合，搅拌均勻，使高分子树脂与导电碳黑及金属微粒能够均勻溶合在一起，构成制作导电塑料基体的物料；4)再将构成制作导电塑料基体的物料搅拌均勻后，置于固定漏斗中进行抽滤，并置于烘箱中烘干；5)构成制作导电塑料基体的物料烘干后，再置于特定型的模具中模压成型，制备成导电塑料双极板。其特征在于，在形成的高分子树脂与导电碳黑的混合物中，高分子树脂占总重量的70%——95%，导电碳黑为总重量的5%——30%。其特征在于，高分子树脂采用ΡΕ、PP、PVC中的一种。其特征在于，高分子树脂采用由PE、PP、PVC中的任意二种以任意比配比进行组合的混合物。其特征在于，高分子树脂采用由PE、PP、PVC三种以任意配比进行组合的混合物。其特征在于，采用金属粉末制作金属微粒，再制成金属微粒悬浮液。其特征在于，金属微粒可以是金属颗粒、金属纤维、晶须或其他金属微粒。其特征在于，构成制作导电塑料基体的物料的金属微粒，需要根据所制备成导电塑料双极板对其塑料基体的要求不同以及导电碳黑的配比而选取适当剂量。本发明的优点是，方法简单，工艺合理，原料来源广泛，便于实施。本发明生产的导电塑料双极板与常规钒电池用导电塑料双极板不同，本发明在制作导电塑料的组分中掺杂适量金属微粒，由此产生的积极效果是，可大幅提高高分子树脂的含量以及降低导电碳黑的含量。能够在保持导电塑料双极板导电性的同时，大量减少导电碳黑的用量，并因此可提高极板的机械性能。
图1、本发明的工艺流程图
具体实施例方式下面，根据附图详细描述本发明的实施例。如图1所示，本发明的实施例1按本发明的工艺流程图，采用高分子树脂、导电碳黑为原料，按配比选取一定量的高分子树脂，在选取的高分子树脂中加入少量的导电碳黑， 形成高分子树脂与导电碳黑的混合物，在高分子树脂与导电碳黑的混合物中，高分子树脂占总重量的70%——95%，导电碳黑为总重量的5%——30%。采用金属粉末，制作金属微粒悬浮液，作为掺杂用料。在高分子树脂与导电碳黑的混合物中适量掺杂由金属粉末制成的金属微粒悬浮液，构成制作导电塑料基体的物料，再通过模具模压成型制备导电塑料双极板。所采用的基本工艺流程包括配料、混合、搅拌、抽滤及模压成型多个具体步骤。一、配料、混合、搅拌步骤1)按比例将高分子树脂原料与加入的少量的导电碳黑进行配制，经充分混合，搅拌分散，形成高分子树脂和导电碳黑的混合物；2)根据采用的导电塑料类型及用量配制金属微粒悬浮液先选择合适的金属微粒类型，再按要求配制的金属微粒悬浮液的用量，称取适量金属粉末，往金属粉末中加入表面改性剂，充分搅拌分散，形成所需要的金属微粒悬浮液；加入的表面改性剂为液态表面改性剂。3)将高分子树脂与导电碳黑的混合物同掺杂的金属微粒悬浮液充分混合，搅拌分散，使高分子树脂与导电碳黑及金属微粒能够均勻溶合在一起，从而构成制作导电塑料基体的物料。二、抽滤步骤4)再将构成制作导电塑料基体的物料搅拌均勻后，置于固定漏斗中进行抽滤，并置于烘箱中烘干。三、模压成型步骤5)构成制作导电塑料基体的物料烘干后，置于特定型的模具中模压成型，制备成导电塑料双极板。实施例1根据上述具体步骤，能够制备出导电性能及机械性能良好的钒电池用导电塑料双极板。在实施上述的具体步骤中，可以根据需要采取以下具体组份、配比和工艺措施1、在形成的高分子树脂与导电碳黑的混合物中，高分子树脂占总重量的70%—— 95%，导电碳黑为总重量的5%——30% ；2、高分子树脂采用ΡΕ、PP、PVC中的一种；3、高分子树脂采用由PE、PP、PVC中的任意二种以任意比配比进行组合的组合物；4、高分子树脂采用由PE、PP、PVC三种以任意配比进行组合的组合物。5、金属粉末先制作金属微粒，再制成的金属微粒悬浮液；
6、金属微粒可以是金属颗粒、金属纤维、晶须或其他金属微粒。7、构成制作导电塑料基体的物料的金属微粒，要根据所需制备成导电塑料双极板对其塑料基体的要求不同、以及导电碳黑的配比，而选取适当剂量。实例2 将PE、PP、PVC按质量比30 40 30组成高分子树脂混合物，这种由多种高分子树脂组成的高分子树脂混合物再与导电碳黑进行配制，高分子树脂和导电碳黑两种成份按照质量比95 5充分混合，搅拌均勻分散形成高分子树脂与导电碳黑的混合物，将高分子树脂与导电碳黑的混合物与金属微粒悬浮液按照质量比90 10充分混合，搅拌均勻构成制作导电塑料基体的物料，将制作导电塑料基体的物料置于固定漏斗中抽滤1小时，然后置于烘箱中烘干，烘干后放入模具中模压成型，制得导电塑料双极板。金属微粒悬浮液根据采用的导电塑料类型及用量配制。具体制作办法是，先选择合适的金属微粒类型，再按要求配制的金属微粒悬浮液的用量，称取适量金属粉末，往金属粉末中加入表面改性剂，充分搅拌分散，形成所需要的金属微粒悬浮液；加入的表面改性剂为液态表面改性剂。其中，制作金属微粒悬浮液所采用的金属微粒可以是金属颗粒、金属纤维、晶须或其他金属微粒。实施例3 将PE、PP按质量比40 60组成高分子树脂混合物，高分子树脂和导电碳黑按照质量比90 10充分混合，搅拌均勻形成高分子树脂与导电碳黑的混合物，将高分子树脂与导电碳黑混合物和金属微粒悬浮液按照质量比95 5充分混合，搅拌均勻制得导电塑料基体的物料，将导电塑料基体的物料置于固定漏斗中抽滤1小时，然后置于烘箱中烘干，烘干后放入特定型的模具中模压成型，制得导电塑料双极板。根据采用的导电塑料类型及用量配制金属微粒悬浮液。具体制作办法是，先选择合适的金属微粒类型，再按要求配制的金属微粒悬浮液的用量，称取适量金属粉末，往金属粉末中加入表面改性剂，充分搅拌分散，形成所需要的金属微粒悬浮液；加入的表面改性剂为液态表面改性剂。其中，制作金属微粒悬浮液所采用的金属微粒可以是金属颗粒、金属纤维、晶须或其他金属微粒。实施例4 将PP、PVC按质量比50 50组成高分子树脂的混合物。然后，高分子树脂的混合物与导电碳黑进行混合配制，高分子树脂和导电碳黑按照质量比85 15充分混合，搅拌均勻，形成高分子树脂与导电碳黑的混合物，将高分子树脂与导电碳黑的混合物与金属微粒悬浮液按照质量比85 15充分混合，搅拌均勻，制得导电塑料基体的物料，将导电塑料基体的物料，置于固定漏斗中抽滤1小时，然后置于烘箱中烘干，烘干后放入特定型的模具中模压成型，制得导电塑料双极板。根据采用的导电塑料类型及用量配制金属微粒悬浮液。 具体制作办法是，先选择合适的金属微粒类型，再按要求配制的金属微粒悬浮液的用量，称取适量金属粉末，往金属粉末中加入表面改性剂，充分搅拌分散，形成所需要的金属微粒悬浮液；加入的表面改性剂为液态表面改性剂。其中，制作金属微粒悬浮液所采用的金属微粒可以是金属颗粒、金属纤维、晶须或其他金属微粒。
权利要求
1.一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，采用高分子树脂和导电碳黑作为制作导电塑料双极板的原料，在高分子树脂中加入导电碳黑，形成高分子树脂与导电碳黑的混合物，其特征在于，采用金属粉末，制作金属微粒悬浮液，在高分子树脂与导电碳黑的混合物中，掺杂由金属粉末制作的金属微粒悬浮液，构成制作导电塑料基体的物料，再通过模具压制成型制备导电塑料双极板，具体步骤是1)在高分子树脂加入导电碳黑，按重量比进行混合配制，经充分混合，搅拌均勻，形成高分子树脂与导电碳黑的混合物；2)根据要求采用的导电塑料类型及用量配制金属微粒悬浮液先选择合适的金属微粒类型，再称取适量金属粉末，往金属粉末中加入液态表面改性剂，充分搅拌，形成金属微粒悬浮液；3)将高分子树脂与导电碳黑的混合物同掺杂的金属微粒悬浮液充分混合，搅拌均勻， 使高分子树脂与导电碳黑及金属微粒能够均勻溶合在一起，构成制作导电塑料基体的物料；4)再将构成制作导电塑料基体的物料搅拌均勻后，置于固定漏斗中进行抽滤，并置于烘箱中烘干；5)构成制作导电塑料基体的物料烘干后，再置于特定型的模具中模压成型，制备成导电塑料双极板。
2.根据权利要求1所述的一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，其特征在于，在形成的高分子树脂与导电碳黑的混合物中，高分子树脂占总重量的70%——95%，导电碳黑为总重量的5%——30%。
3.根据权利要求1所述的一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，其特征在于，高分子树脂采用PE、PP、PVC中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，其特征在于，高分子树脂采用由PE、PP、PVC中的任意二种以任意比配比进行组合的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，其特征在于，高分子树脂采用由ΡΕ、PP、PVC三种以任意配比进行组合的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，其特征在于，采用金属粉末制作金属微粒，再制成金属微粒悬浮液。
7.根据权利要求1所述的一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，其特征在于，金属微粒可以是金属颗粒、金属纤维、晶须或其他金属微粒。
8.根据权利要求1所述的一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，其特征在于，构成制作导电塑料基体的物料的金属微粒，需要根据所制备成导电塑料双极板对其塑料基体的要求不同以及导电碳黑的配比而选取适当剂量。
全文摘要
本发明涉及一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，其采用高分子树脂和导电碳黑作为制作导电塑料的原料，采用金属粉末，制作金属微粒悬浮液，在高分子树脂和导电碳黑的混合物中，高分子树脂与导电碳黑充分混合，再适量掺杂金属微粒悬浮液，构成制作导电塑料基体的物料，再通过模具压成型制备导电塑料双极板。金属微粒悬浮液根据采用的导电塑料类型及用量配制。与常规钒电池用导电塑料双极板不同的是，本发明在制作导电塑料的组分中掺杂适量金属微粒，可大幅提高高分子树脂的含量以及降低导电碳黑的含量。所制备的导电塑料双极板，不但在导电性上有所改善，并且强度上也有提高。本发明的方法简单，工艺合理，原料来源广泛，便于实施。
文档编号H01M4/88GK102324529SQ20111024915
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者刘晶, 刘飞, 李爱魁, 杜忠东, 罗传仙, 郝彰翔, 陈家宏, 陈轩恕 申请人:国网电力科学研究院, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司