一种钒电池用柔性石墨双极板的制备方法与流程

本发明涉及钒电池制造领域，具体为一种钒电池用柔性石墨双极板的制备方法。

背景技术：

钒电池，全称为全钒离子氧化还原液流电池，是一种新型绿色环保电池。其能量以正负极电解液的形式储存，正负极反应分别为：

正极反应:vo2⁺+2h⁺+e^-→vo²⁺+h2oe0＝1.00v

负极反应:v³⁺+e^-→v²⁺e0＝-0.26v

正负极电解液各由一个泵驱动，在离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应，完成充放电。电池充放电的电流由双极板传导并最终集流出来。因此，双极板作为钒电池系统的关键材料之一，是钒电池一个必要部分。制备工艺简单、导电性好，强度高的双极板，是钒电池进入实用化阶段迫切要求。

至今为止，作为钒电池双极板材料的主要有：金属类、石墨类和导电塑料类。金属类由于长期使用的不耐腐蚀(特别是正极侧)，目前尚不能实用；石墨类导电性好，但也存在充放电循环过程中，正极侧腐蚀剥落的现象，而且机械强度差，易碎而导致正负极溶液混合。采用传统导电塑料类双极板电阻率高于0.5ω.cm，难于满足电池过程对导电性能要求。目前石墨板在使用过程中由于电化学腐蚀造成双极板表面碳黑颗粒剥离，电阻增大，引起窜液，严重时可能导致电池失效，影响电池寿命。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，解决现有技术中聚合物-碳黑复合双极板导电性差，石墨类双极板使用过程中分层而导致正负极溶液混合等问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，选用柔性石墨板为基体，将其放入平板压机中加热，取出后采用热喷涂的方式在柔性石墨板的一侧或两侧喷一层导电胶，将处理后的两张柔性石墨板喷导电胶一侧正对放入平板压机中加压成型，得到钒电池用柔性石墨双极板。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，柔性石墨板具有良好的导热和导电性能，耐腐蚀，易塑形，柔性石墨板的厚度为0.15mm～3mm。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，导电胶为导电粉和树脂粉的混合物，喷涂采用喷枪外接气泵，将混合物装入喷枪内，通过气压的方式将混合物喷涂在柔性石墨板表面。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，导电粉为炭黑粉、石墨粉和碳纤维粉中的一种；树脂粉为热塑性树脂或热固性树脂，热塑性树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯中的一种，热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂中的一种。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，导电粉与树脂粉的质量比例为(1:1)～(1:10)。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，粉末颗粒的粒径为0.01mm～0.1mm。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，导电胶厚度在0.02mm～0.50mm。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，钒电池用柔性石墨双极板的厚度在0.3mm～6.0mm，密度为1.6～2.2g/cm³。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，双极板成型压力在10mpa～100mpa，成型温度在120～300℃。

所述的钒电池用柔性石墨双极板的制备方法，具体步骤如下：

1)将平板压机温度控制在120～300℃，将柔性石墨板放入平板压机中加热10～60min；

2)将导电胶装入喷枪内通过气压打到柔性石墨板表面；

3)将处理后的两张柔性石墨板喷导电胶一侧正对放入平板压机中加压；

4)压力为10mpa～100mpa，保压10～60min取出制成钒电池用柔性石墨双极板。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明双极板采用柔性石墨，其耐腐性好，导电性能好，电阻小，成本低，采用热喷涂的方式在柔性石墨的一侧或两侧喷一层导电胶，再复合加压的方式，解决石墨类双极板使用过程中分层而导致正负极溶液混合等问题。

2、本发明解决现有聚合物-碳黑复合双极板电阻率过高以及加工工艺复杂一致性差等问题，制备双极板可做任意尺寸，生产工艺简单，一致性好。

附图说明

图1为钒电池用柔性石墨双极板的结构示意图。其中，1柔性石墨板一；2导电粉和树脂粉混合物层；3柔性石墨板二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步详述。

如图1所示，本发明钒电池用柔性石墨双极板包括柔性石墨板1、导电粉和树脂粉混合物层2(导电胶)、柔性石墨板3，柔性石墨板一1柔性石墨板二3之间通过导电胶连接。

实施例1

本实施例中，将2mm厚柔性石墨板放置平板压机中加热60min，温度控制在200℃，将粒径为0.02mm的石墨粉和粒径为0.04mm的聚丙烯粉按1:1的质量比例混合均匀装入喷枪内，将混合物喷在柔性石墨板一侧表面上，使导电胶厚度为0.15mm，将处理后的两张柔性石墨板喷导电胶一侧正对放入平板压机，热压后制成钒电池用柔性石墨双极板，热压温度为150℃，热压时间为30min，热压压力为30mpa，制成钒电池用柔性石墨双极板的密度为2.0g/cm³。

本实施例制备的双极板组装1kw钒电池，电池充放电性能参数为：库仑效率97.5％，电压效率86.5％，能量效率84.3％，与现有碳塑双极板相比，电压效率提高5.5％。

实施例2

本实施例中，将1mm厚柔性石墨板放置平板压机中加热30min，温度控制在150℃，将粒径为0.01mm的石墨粉和粒径为0.05mm的聚乙烯粉按1:2的质量比例混合均匀装入喷枪内，将混合物喷在柔性石墨板一侧表面上，使导电胶厚度为0.25mm，将处理后的两张柔性石墨板喷导电胶一侧正对放入平板压机，热压后制成钒电池用柔性石墨双极板，热压温度为170℃，热压时间为50min，热压压力为40mpa，制成钒电池用柔性石墨双极板的密度为1.8g/cm³。

本实施例制备的双极板组装1kw钒电池，电池充放电性能参数为：库仑效率97.2％，电压效率85.5％，能量效率83.1％，与现有碳塑双极板相比，电压效率提高4.5％。

实施例3

本实施例中，将0.5mm厚柔性石墨板放置平板压机中加热40min，温度控制在180℃，将粒径为0.05mm的碳粉和粒径为0.03mm的聚乙烯粉按1:3的质量比例混合均匀装入喷枪内，将混合物喷在柔性石墨板一侧表面上，使导电胶厚度为0.35mm，将处理后的两张柔性石墨板喷导电胶一侧正对放入平板压机，热压后制成钒电池用柔性石墨双极板，热压温度为180℃，热压时间为45min，热压压力为25mpa，制成钒电池用柔性石墨双极板的密度为1.6g/cm³。

本实施例制备的双极板组装1kw钒电池，电池充放电性能参数为：库仑效率97.0％，电压效率86.0％，能量效率83.4％，与现有碳塑双极板相比，电压效率提高5.0％。

实施例4

本实施例中，将1mm厚柔性石墨板放置平板压机中加热20min，温度控制在150℃，将粒径为0.01mm的碳纤维粉和粒径为0.02mm的聚丙烯粉按1:4的质量比例混合均匀装入喷枪内，将混合物喷在柔性石墨板一侧表面上，使导电胶厚度为0.25mm，将处理后的两张柔性石墨板喷导电胶一侧正对放入平板压机，热压后制成钒电池用柔性石墨双极板，热压温度为160℃，热压时间为40min，热压压力为35mpa，制成钒电池用柔性石墨双极板的密度为2.2g/cm³。

本实施例制备的双极板组装1kw钒电池，电池充放电性能参数为：库仑效率96.9％，电压效率85.8％，能量效率83.1％，与现有碳塑双极板相比，电压效率提高4.8％。