一种钒电池用高导电双极板及其连续加工装置和方法与流程

本发明涉及钒电池制造领域，具体为一种钒电池用高导电双极板及其连续加工装置和方法。

背景技术：

钒电池是解决风能、太阳能等可再生能源大容量储能的理想储能电池。双极板是分隔两个单电池的关键部件，需要在机械强度、柔韧性、导电性、与电极框材料的兼容性四个方面平衡，主要分为三种：硬质石墨板、柔性石墨板、塑性导电板。硬质石墨板成本高质地脆，与电池框材料没有兼容性，密封问题突出，完全不能适应流体钒电池产业化要求，无法做大(最大800mm×800mm)，目前还有没厂家能够提供相对应的板材。

柔性石墨板采用天然石墨层压制造，其最大的问题在于：长期置于电解液中容易溶胀，边角易破损，机械强度不够，与电极框材料完全不兼容，密封困难。而塑性导电板，导电性和机械强度均相对较差，只能满足短期的电池寿命，而且为获得高的电导率，高的导电剂添加量使得批量制备(如：常规的挤出工艺)很难实现。所以，必须采用一种新的加工装置以及方法制备塑性导电板，使其同时具有高的导电性和很好的机械强度。

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高导电双极板及其连续加工装置和方法，采用喷涂导电涂料在双极板表面，形成均匀致密的高导电涂层，表面导电性好，涂层厚度易控制，两侧涂层一致性好，降低双极板与电极间的接触电阻，提高电池的能量效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种钒电池用高导电双极板，该双极板为双极板母板及其一侧或两侧的导电涂层复合结构，导电涂层为导电涂料喷涂于双极板母板形成；其中，导电涂料为树脂、导电填料、稀释剂和助剂的混合物组成，树脂粉、导电填料、稀释剂和助剂的质量比为1：(1～10)：(3～50)：(0.02～0.2)，其电阻率在0.001～100ω·cm。

所述的钒电池用高导电双极板，树脂采用聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或一种以上，其粒度为10μm～600μm；导电填料为炭黑、石墨、碳纤维粉和金属粉中的一种，粒径为0.01mm～0.1mm；稀释剂为水、乙醇、溶剂油、丙酮中的一种；助剂为消泡剂和流平剂，消泡剂为聚醚类或硅氧烷类消泡剂，流平剂为硅氧烷类流平剂。

所述的钒电池用高导电双极板，双极板母板厚度为0.3～5.0mm，双极板母板表面的导电涂层厚度为0.005～0.10mm。

所述的钒电池用高导电双极板，优选的，双极板母板厚度为0.3～2.0mm，双极板母板表面的导电涂层厚度为0.01～0.03mm。

所述的钒电池用高导电双极板的连续加工装置，连续加工装置沿双极板母板进入方向依次有三辊压光机、定位辊、加热保温装置、定型辊和收卷装置，三辊压光机的一侧设有喷涂装置，喷涂装置位于双极板母板一侧或两侧；

喷涂装置为一个时，位于双极板母板一侧上方，设在三辊压光机的上辊和中辊之间；喷涂装置为两个时，分别位于双极板母板两侧上方，分别设在三辊压光机的上辊和中辊之间以及中辊和下辊之间。

所述的钒电池用高导电双极板的连续加工装置，连续加工装置独立使用；或者，连续加工装置安装在挤出机及机头装置的输出端，挤出机挤出的双极板母板与三辊压光机的上辊和中辊之间对应。

所述的钒电池用高导电双极板的连续加工装置，喷涂装置面向双极板母板一侧有喷枪，喷枪内装有导电涂料，喷枪设置于自动喷涂机上，由自动喷涂机控制。

所述的钒电池用高导电双极板的连续加工装置，三辊压光机的上辊、中辊和下辊直径在0.5m～1.0m，相邻两辊间距为0.5～3.0mm；定位辊的直径在0.3m～1.0m；定型辊的直径在0.3m～1.0m，两辊间距为0.5～3mm；喷枪的喷嘴直径为1.0～5.0mm。

所述的钒电池用高导电双极板的连续加工装置，三辊压光机为常温操作或加热操作；加热保温装置采用隧道烘箱，长度在5～10m，温度范围≤300℃。

所述的钒电池用高导电双极板的连续加工方法，双极板母板通过三辊压光机并通过设置在三辊压光机上的喷涂装置，直接将导电涂料喷涂在双极板两侧表面，并通过加热保温装置后由定型辊压制成型。

本发明的优点及有益效果是：

1、采用喷涂导电涂料在双极板表面，形成均匀致密的高导电涂层，表面导电性好，避免目前粉末喷涂易污染，分散性差等缺点。

2、采用新的喷涂工艺，选择在双极板母板上方设置喷枪进行操作，两侧涂层一致性好，降低双极板与电极间的接触电阻，提高电池的能量效率。同时，避免目前粉末喷涂工艺中选择在双极板上下两侧设置喷头，使得上下两侧涂层厚度差异大，下侧喷嘴在喷涂过程中易堵塞等缺点。

附图说明

图1为连续加工装置示意图；

图2-图3为喷涂装置示意图。

图中，1挤出机及机头装置；2三辊压光机；3喷涂装置；4定位辊；5加热保温装置；6定型辊；7牵引装置；8收卷装置；9喷枪；10自动喷涂机。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明装置可以独立使用，也可以安装在挤出机挤出机头之后，双极板母板通过三辊压光机并通过设置在三辊压光机上的喷涂装置，在双极板两侧上方设置喷枪直接将导电涂料喷涂在双极板表面，并通过加热保温装置后由定型辊压制成型。

如图1所示，本发明连续加工装置主要包括：挤出机及机头装置1、三辊压光机2、喷涂装置3、定位辊4、加热保温装置5、定型辊6、牵引装置7、收卷装置8等，具体结构如下：

连续加工装置沿双极板母板进入方向依次有三辊压光机2、定位辊4、加热保温装置5、定型辊6和收卷装置8，三辊压光机2的一侧设有喷涂装置3。喷涂装置3有两个，分别位于双极板母板两侧上方，分别设在三辊压光机2的上辊和中辊之间以及中辊和下辊之间，挤出机及机头装置1的输出端与三辊压光机2的上辊和中辊之间对应。

如图1-图3所示，本发明喷涂装置主要包括喷枪9、自动喷涂机10，喷涂装置3面向双极板母板一侧有喷枪9，喷枪9内装有导电涂料，喷枪9设置于自动喷涂机10上，由自动喷涂机10控制。其中，喷枪9的喷嘴直径为1.0～5.0mm(优选2.5～5.0mm)。

其中，三辊压光机的上辊、中辊和下辊直径在0.5m～1.0m，相邻两辊间距为0.5～3mm；定位辊的直径在0.3m～1.0m；定型辊的直径在0.3m～1.0m，两辊间距为0.5～3mm；喷枪的喷嘴直径为2.5～5mm。

下面结合附图对本发明实施例做进一步详述。

实施例1

本实施例中，连续加工装置如下：三辊压光机直径为0.6m，三辊之间间距为1mm，喷涂装置分别放置在双极板母板上下两侧上方，具体为上辊和中辊之间以及中辊和下辊之间，喷枪喷嘴直径为3.5mm。将粒径为10μm的聚乙烯树脂、粒径为0.01mm的石墨粉、水和助剂按质量比1：9：20：0.02均匀混合而成的导电涂料加入到自动喷涂机。其中，助剂为硅氧烷类消泡剂和流平剂的质量比例为1：1。靠喷枪将导电涂料喷涂在双极板母板表面，控制牵引速度，在经过6m隧道烘箱(温度控制在270℃)，通过定型辊，直径为0.6m，两辊之间间距为0.9mm。从而，得到双极板总厚度为0.7mm，两侧表面涂层厚度分别为0.10mm，其电阻率在0.15ω·cm。

本实施例制备的双极板组装10kw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2

本实施例中，连续加工装置如下：三辊压光机直径为0.7m，三辊之间间距为2mm，喷涂装置分别放置在双极板母板上下两侧上方，具体为上辊和中辊之间以及中辊和下辊之间，喷枪喷嘴直径为5mm。将粒径为10μm的聚丙烯树脂、粒径为0.02mm的碳粉、无水乙醇和助剂按质量比1：8：30：0.1均匀混合而成的导电涂料加入到自动喷涂机。其中，助剂为硅氧烷类消泡剂和流平剂的质量比例为1：1。靠喷枪将导电涂料喷涂在双极板母板表面，控制牵引速度，在经过9m隧道烘箱(温度控制在250℃)，通过定型辊，直径为0.5m，两辊之间间距为0.8mm。从而，得到双极板总厚度为0.7mm，两侧表面涂层厚度分别为0.05mm，其电阻率在0.1ω·cm。

本实施例制备的双极板组装10kw钒电池，电池充放电性能参数为：库仑效率97.6％，电压效率85.6％，能量效率83.5％，与现有碳塑双极板相比，电压效率提高4.6％。

实施例3

本实施例中，连续加工装置如下：三辊压光机直径为0.8m，三辊之间间距为3mm，喷涂装置分别放置在双极板母板上下两侧上方，具体为上辊和中辊之间以及中辊和下辊之间，喷枪喷嘴直径为4mm。将粒径为20μm的聚乙烯树脂、粒径为0.03mm的碳纤维粉、丙酮和助剂按质量比1：7：15：0.05均匀混合而成的导电涂料加入到自动喷涂机。其中，助剂为硅氧烷类消泡剂和流平剂的质量比例为1：1。靠喷枪将导电涂料喷涂在双极板母板表面，控制牵引速度，在经过7m隧道烘箱(温度控制在210℃)，通过定型辊，直径为0.6m，两辊之间间距为0.9mm。从而，得到双极板总厚度为0.86mm，两侧表面涂层厚度分别为0.02mm，其电阻率在0.09ω·cm。

本实施例制备的双极板组装10kw钒电池，电池充放电性能参数为：库仑效率97.5％，电压效率86.2％，能量效率84.0％，与现有碳塑双极板相比，电压效率提高5.2％。

实施例4

本实施例中，连续加工装置如下：三辊压光机直径为0.5m，三辊之间间距为1.5mm，喷涂装置分别放置在双极板母板上下两侧上方，具体为上辊和中辊之间以及中辊和下辊之间，喷枪喷嘴直径为4.5mm。将粒径为30μm的丙烯酸树脂、粒径为0.01mm的石墨粉、溶剂油和助剂按质量比1：10：30：0.1均匀混合而成的导电涂料加入到自动喷涂机。其中，助剂为硅氧烷类消泡剂和流平剂的质量比例为1：1。靠喷枪将导电涂料喷涂在双极板母板表面，控制牵引速度，在经过10m隧道烘箱(温度控制在240℃)，通过定型辊，直径为0.8m，两辊之间间距为1.0mm。从而，得到双极板总厚度为0.92mm，两侧表面涂层厚度分别为0.04mm，其电阻率在0.05ω·cm。

本实施例制备的双极板组装10kw钒电池，电池充放电性能参数为：库仑效率97.4％，电压效率85.9％，能量效率83.7％，与现有碳塑双极板相比，电压效率提高4.9％。