一种电极制备方法及电极与流程

本发明涉及一种电极制备方法及电极，属于电极制造技术领域。

背景技术：

随着储能行业的发展，锌溴液流电池作为高容量、高能量密度、安全以及低成本的二次电池得到了迅速发展。电极材料通常是液流电池研究的重点。作为液流电池中的电极材料，要求其在使用中本身不发生变化，同时应具有高比表面积、高稳定性以及一定强度的机械性能。

在提高电极比表面积和稳定性的问题上，申请号为201110330628.4的中国专利提供了一种制备多孔碳电极的方法，通过将碳微球与聚甲基丙烯酸甲酯充分混合然后定型，再蒸馏或用溶剂溶解去除聚甲基丙烯酸甲酯，最终形成规则有序的碳微孔，提高电极的放电容量。

在提高电极高比表面积和机械强度的问题上，申请号为201310671295.0的中国专利提供了一种全钒液流电池用复合碳电极材料及其制备方法，通过磁控溅射和化学气相沉积的方法在碳素基体上形成阵列碳纳米管，得到了高比表面积的电极，并且形成的电极具有一定的机械强度，利于提高电池的使用寿命。

而为了解决石墨板、碳布、导电塑料等正极材料在使用过程中出现的刻蚀现象，提高电极的机械性能，申请号为201510165045.9的中国专利申请提供了一种采用导电塑料板材料制备全钒电池电极的方法，该方法通过将导电塑料、铜网与碳毡这三种材料复合，可提高电极的导电性、机械性能和寿命。

但是，申请号为201110330628.4与201310671295.0的专利方法，均存在工艺复杂的缺陷，不利于降低液流电池的生产成本以及大规模生产。而申请号为201510165045.9专利申请的方法中所描述的电极使用了铜网，该电极在使用过程中极易向电解液中引入铜离子，由于铜离子是一种变价离子，因此会对电池的充放电性能产生很大影响，降低电池的稳定性和使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种电极制备方法，使用该制备方法制作的电极性能稳定、导电性高；该制备方法生产成本低，易于工业化大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种电极制备方法，使粘合剂进入碳毡中，待碳毡固化后形成稳定电极，具体包括如下步骤：

s01：配制粘合剂，通过调节稀释剂与粘合剂配比来调节粘合剂粘度，稀释剂与粘合剂配比为0:1～100:1，使配制好的粘合剂进入碳毡中，在碳毡中形成固化层；

s02：调控粘合剂在碳毡中的进入深度和渗入时间；所述粘合剂在碳毡中的进入深度占碳毡厚度的百分比为1％～100％，所述渗入时间为1秒～3600秒；

调控进入深度和渗入时间均是为了控制粘合剂在碳毡中所形成的固化层的厚度。

粘合剂的进入深度越深、渗入时间越长，则成形的固化层越厚，形成的电极电阻率越高、比表面积越低。

s03：通过控制粘合剂的固化温度和固化时间，来调控固化层的厚度，固化层厚度占碳毡厚度百分比为1％～100％。

粘合剂的固化温度越高、固化时间越长，所形成的固化层越薄，相应的电极电阻越小、比表面积越大。同时，固化层的厚度决定着电极的机械强度，固化层越厚，电极的机械强度越好。

s04：经步骤s3后，将碳毡静置2～3小时。静置后，碳毡形成稳定的电极。制备好的电极可进行密封性测试、电阻测试、机械强度测试以检验电极性能。

前述的一种电极制备方法，所述粘合剂进入碳毡中采用如下5种方式之一，

方式1：将粘合剂涂覆在碳毡的一面上，使粘合剂逐渐渗入碳毡之中，形成固化层；所述的涂覆，是将粘合剂涂覆于电极表面，通过调节工艺参数来控制粘合剂渗入碳毡的深度，并调节工艺参数来控制碳毡固化层的厚度。该法所制备的电极其电阻率较高，劣于灌注得到的电极。但是该法易于规模化生产。

方式2：采用灌注的方式将粘合剂灌入碳毡中，形成固化层；所述的灌注，是使用细管将粘合剂缓缓注入碳毡内部。通过控制工艺参数，使得粘合剂分布均匀，并充满碳毡内部空隙，固化后形成具有一定机械强度的实心结构。该法所制备电极效果最好，所得到的电极电阻率最小，且具有一定的机械强度。但是该法工艺复杂，不易于实现规模化生产。

方式3：将粘合剂涂覆在两片碳毡之间，使粘合剂渗入两片碳毡之间，形成固化层；

方式4：将粘合剂灌注于两片碳毡之间，形成固化层；

方式5：将碳毡浸入粘合剂中，形成固化层。该方式是将碳毡浸入装满粘合剂容器中，通过调节工艺参数来控制碳毡进入粘合剂中的深度，并调节工艺参数来控制碳毡固化层的厚度。采用方式5所制备的电极劣于采用方式1得到的电极，与采用方式2得到的电极性能一致。采用方式5易于规模化生产。

前述的一种电极制备方法，所述配制粘合剂包括调控粘合剂的温度和配制比例。

前述的一种电极制备方法，所述粘合剂在碳毡中的进入深度占碳毡厚度的百分比为10％。此时制成的电机的抗阻率最低。

前述的一种电极制备方法，所述粘合剂在碳毡中的渗入时间为10秒；固化层厚度占碳毡厚度百分比为10％。此时制成的电机的稳定性和抗拉强度最好。

前述的一种电极制备方法，所述粘合剂为树脂胶或塑料。

前述的一种电极制备方法，所述粘合剂为环氧树脂或者高密度聚乙烯。

前述的一种电极制备方法，所述碳毡的厚度为5.5mm～7mm。

一种采用前述的方法制备的电极，所述电极包括至少1片碳毡。采用1片碳毡制作的电极其电阻率更低，但是该电极有一面比表面积会减小；而使用2片碳毡制作的电极虽然其电阻会偏高，但是其电极两面的比表面积均不变。综合来看，使用2片碳毡制作的电极更好。

与现有技术相比，本发明使用碳毡作为极板，增加了电极的导电性，增大了电化学反应的活性，增强了电极的强度并且增加了电极活性层的厚度，从而有利于提高电极的电流密度，使用该方法制备的电极更加稳定，增加了电池的使用寿命，而且在电池使用过程中不会引入杂质离子，不会损害电池的充放电性能。

相比于申请号为201110330628.4与201310671295.0的中国专利中所记载的方法，本发明方法更加简单，无需混料、磁控溅射、化学气相沉淀等操作；相比于申请号为201510165045.9的中国专利申请所公开的方法，本发明方法无需热压制备塑料板，极大的降低了生产成本，更加易于工业化大规模生产。

附图说明

图1是本发明实施例8的结构示意图；

图2是本发明实施例9的结构示意图。

附图标记：1-固化层。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

实施例1：一种电极制备方法，使粘合剂进入厚度为5.5mm的碳毡中，待碳毡固化后形成稳定电极，具体包括如下步骤：s01：配制粘合剂，通过调节稀释剂与粘合剂配比来调节粘合剂粘度，稀释剂与粘合剂配比为2:5，使配制好的粘合剂进入碳毡中，在碳毡中形成固化层；s02：调控粘合剂在碳毡中的进入深度和渗入时间；粘合剂在碳毡中的进入深度占碳毡厚度的百分比为10％，所述渗入时间为10秒；s03：通过控制粘合剂的固化温度和固化时间，来调控固化层的厚度并使固化层稳定，固化层的厚度占碳毡厚度百分比为10％；s04：经步骤s3后，将碳毡静置2小时。粘合剂进入碳毡中的方式采用方式1，即将粘合剂涂覆在碳毡的一面上，使粘合剂逐渐渗入碳毡之中，形成固化层。配制粘合剂包括调控粘合剂的温度和配制比例。粘合剂采用树脂胶。

实施例2：一种电极制备方法，使粘合剂进入厚度为6mm的碳毡中，待碳毡固化后形成稳定电极，具体包括如下步骤：s01：配制粘合剂，通过调节稀释剂与粘合剂配比来调节粘合剂粘度，稀释剂与粘合剂配比为3:10，使配制好的粘合剂进入碳毡中，在碳毡中形成固化层；s02：调控粘合剂在碳毡中的进入深度和渗入时间；粘合剂在碳毡中的进入深度占碳毡厚度的百分比为10％，所述渗入时间为20秒；s03：通过控制粘合剂的固化温度和固化时间，来调控固化层的厚度并使固化层稳定，固化层的厚度占碳毡厚度百分比为20％；s04：经步骤s3后，将碳毡静置2.5小时。粘合剂进入碳毡中的方式为方式2，采用灌注的方式使粘合剂进入碳毡中，形成固化层。配制粘合剂包括调控粘合剂的温度和配制比例。本例中的粘合剂为塑料。

实施例3：一种电极制备方法，使粘合剂进入厚度为6.5mm的碳毡中，待碳毡固化后形成稳定电极，具体包括如下步骤：s01：配制粘合剂，通过调节稀释剂与粘合剂配比来调节粘合剂粘度，稀释剂与粘合剂配比为4:1，使配制好的粘合剂进入碳毡中，在碳毡中形成固化层；s02：调控粘合剂在碳毡中的进入深度和渗入时间；粘合剂在碳毡中的进入深度占碳毡厚度的百分比为30％，所述渗入时间为30秒；s03：通过控制粘合剂的固化温度和固化时间，来调控固化层的厚度并使固化层稳定，固化层的厚度占碳毡厚度百分比为25％；s04：经步骤s3后，将碳毡静置2.8小时。粘合剂进入碳毡中的方式为方式3，将粘合剂涂覆在两片碳毡之间，使粘合剂渗入两片碳毡之间，形成固化层。配制粘合剂包括调控粘合剂的温度和配制比例。粘合剂在每1片碳毡中的进入深度占碳毡厚度的百分比为25％。粘合剂在碳毡中的渗入时间为25秒；粘合剂为环氧树脂。实施例4：一种电极制备方法，将粘合剂进入厚度为7mm的碳毡中，待碳毡固化后形成稳定电极，具体包括如下步骤：s01：配制粘合剂，通过调节稀释剂与粘合剂配比来调节粘合剂粘度，稀释剂与粘合剂配比为5:1，将配制好的粘合剂进入碳毡中，在碳毡中形成固化层；s02：调控粘合剂在碳毡中的进入深度和渗入时间；所述粘合剂在碳毡中的进入深度占碳毡厚度的百分比为10％，所述渗入时间为40秒；s03：通过控制粘合剂的固化温度和固化时间，来调控固化层的厚度并使固化层稳定，固化层的厚度占碳毡厚度百分比为40％；s04：经步骤s3后，将碳毡静置3小时。粘合剂进入碳毡中的方式为方式4，将粘合剂灌注于两片碳毡之间，形成固化层。配制粘合剂包括调控粘合剂的温度和配制比例。粘合剂采用高密度聚乙烯。

实施例5：一种电极制备方法，将粘合剂进入厚度为7.5mm的碳毡中，待碳毡固化后形成稳定电极，具体包括如下步骤：s01：配制粘合剂，通过调节稀释剂与粘合剂配比来调节粘合剂粘度，稀释剂与粘合剂配比为2:3，将配制好的粘合剂进入碳毡中，在碳毡中形成固化层；s02：调控粘合剂在碳毡中的进入深度和渗入时间；所述粘合剂在碳毡中的进入深度占碳毡厚度的百分比为10％，所述渗入时间为10秒；s03：通过控制粘合剂的固化温度和固化时间，来调控固化层的厚度并使固化层稳定，固化层的厚度占碳毡厚度百分比为40％；s04：经步骤s3后，将碳毡静置3小时。粘合剂进入碳毡中的方式为方式5，将碳毡浸入粘合剂中，形成固化层。将碳毡浸入粘合剂中，是采用将碳毡浸入装满粘合剂的容器中，则碳毡浸入粘合剂中的深度即是粘合剂渗入碳毡中的深度。

实施例6：一种电极制备方法，本例中使用环氧树脂作为粘合剂，采用的碳毡厚度为6.5mm，配制粘合剂：调控粘合剂的温度，使其保持在25℃，选用二氯甲烷作为稀释剂，将环氧树脂与二氯甲烷按照体积比1:1稀释；将碳毡浸入0.5mm于粘合剂中，浸入10s；然后保持粘合剂在碳毡中的固化温度为25℃，持续固化时间为3小时；固化时间结束后，将碳毡继续静置2小时，以备检测。本例中制备的电极密封性好，电阻率为16ω·mm，为原碳毡电阻率的200％，抗拉强度为6mpa；

实施例7：本例采用高密度聚乙烯作为粘合剂；使用注塑机将高密度聚乙烯通过注塑口涂覆于碳毡中，控制注塑温度为300℃；控制碳毡与注塑口之间的距离，调节塑料涂覆深度为0.5mm；在室温下进行冷却固化，固化时间为3小时；固化时间结束后，将碳毡继续放置2小时，以备检测。本例中制备的电极密封性好，电阻率为18ω·mm，为原碳毡电阻率的225％，抗拉强度为8mpa。

实施例8：如图1所示，一种电极，所述电极包括1片碳毡。

实施例9：如图2所示，一种电极，所示电极包括两片碳毡，固化层1位于两片碳毡拼合后的中间位置处。

本发明的工作原理：本发明采用碳毡作为电极极板，将粘合剂通过涂覆、灌注或者浸入的方式，使粘合剂在碳毡中逐渐渗入，形成固化层，通过控制粘合剂在碳毡中的渗入时间、进入深度、固化温度、固化时间来调控固化层的厚度及固化强度，经一段时间的静置处理后，形成稳定性更强、电阻率相对较低(仅为原碳毡的2-3倍)、抗拉强度更好的电极。