一种柔性复合双极板及其制备方法与流程

本发明属于液流电池双极板材料，具体是一种柔性复合双极板及其制备方法。

背景技术：

1、全钒液流电池具备本征安全、超长寿命、电解液可循环利用、不受地理条件限制等多方面优势，可应用于差异化、多样化的用户侧储能和高安全、大规模、中长时的电源/电网侧集中储能。全钒液流电池主要由电解液、电极、选择性质子交换膜、双极板和集流体组成。双极板作为全钒液流电池的关键材料之一，在电堆的堆叠结构中，起到分隔两个相邻单电池的正负极电解液、汇集电流，并对电极起支撑作用，从而在电堆内部实现多个单电池的串联，要求其具备良好的阻气和阻液性、导电性、抗氧化性、耐酸腐蚀性和机械强度等。双极板导电性，包括自身的本体电阻和接触电阻。双极板/碳毡、双极板/铜集流体间的接触电阻，占电池总体电阻的15-20％，需尽可能保障整个生命周期内双极板与碳毡、集流体的接触电阻较低，从而提高电池的电压效率、循环寿命及功率密度。电流通过双极板汇集到铜集流体上，双极板厚度方向的电阻越小，也有利于电池功率密度的提高。目前，双极板电导率和机械强度间存在一定矛盾，提高电导率，需降低树脂含量，使得机械强度会降低。

2、专利cn 116014161 a公开了一种碳布-金属网-碳布复合的双极板，中间通过导电粘结层粘结，该方法制备的双极板柔性强度和接触电阻得到改善，但是金属网存在被电解液腐蚀的风险，且粘结层的制备使用了有机溶剂nmp，环保性差。

3、专利cn 108023104 a公开了一种采用碳布作为骨架材料的双极板制备方法。选择热喷涂的方式，首先在碳布两侧分别喷一层树脂层，固化后在树脂层两侧分别喷一层导电层，再在热压机上热压成型。该方法制备的碳毡柔性好，但是碳布两侧喷涂的树脂和导电层并未形成良好的导电网络，会导致双极板厚度方向的电阻增大。

4、专利cn 109768296 a公开了一种全钒液流电池双极板及制备工艺，包括硅烷偶联剂溶液、采用硅烷偶联剂溶液处理的网格碳布、柔性石墨板和导电胶，按照柔性石墨板、导电胶片材、网格碳布、导电胶片材、柔性石墨板的顺序，使用真空模压技术加热加压制备而成。双极板结构层数过多，工艺复杂，存在多层分离风险。

5、因此，为了克服双极板电导率和机械强度难以兼顾的问题，亟需一种兼顾电导率和机械强度的柔性复合双极板。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种柔性复合双极板及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、第一方面，一种柔性复合双极板，包括导电碳布，所述导电碳布外侧涂覆有导电填料，通过热压成型，形成柔性复合双极板。

4、优选的，所述导电碳布厚度为0.5～2mm,面密度为100～400g/m2。

5、优选的，所述导电填料由导电碳材料和树脂组成，其中，以质量百分数计，导电碳材料含量为20～80％，余量为树脂。

6、优选的，所述导电碳材料包括碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种。

7、优选的，所述树脂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的一种或几种。

8、第二方面，一种柔性复合双极板制备方法，包括以下步骤：

9、s1混炼导电填料，通过挤出机将导电填料涂布在导电碳布外侧；

10、s2涂布导电材料的导电碳布经辊压机辊压成型，涂布的导电填料被压至导电碳布缝隙中，形成致密的复合柔性双极板。

11、优选的，所述步骤s1中，混炼导电填料，具体包括：

12、将配方量导电碳材料和树脂加入混料机中，先常温混合，然后熔融混炼，得到导电填料。

13、优选的，所述步骤s1中，混料机中熔融混炼温度为150～200℃，混炼时间为1～60min。

14、优选的，所述步骤s2中，导电填料涂覆面密度50～500g/m2,辊压机辊压温度为120～200℃，辊压压力1～100mpa。

15、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

16、本发明中，以碳布为三维导电骨架，将导电填料填充在骨架，形成了良好柔性和强度的双极板，电导率和力学性能更好，同时，碳布和导电填料经热压后，形成一体化双极板，不会出现分层现象，而且，双极板制备过程中，导电填料采用熔融方式涂覆，并热压在碳布中，未使用有机溶剂，工艺简单环保。

技术特征：

1.一种柔性复合双极板，其特征在于，包括导电碳布(1)，所述导电碳布(1)外侧涂覆有导电填料(2)，通过热压成型，形成柔性复合双极板(3)。

2.如权利要求1所述的一种柔性复合双极板，其特征在于：所述导电碳布(1)厚度为0.5～2mm,面密度为100～400g/m2。

3.如权利要求1所述的一种柔性复合双极板，其特征在于：所述导电填料(2)由导电碳材料和树脂组成，其中，以质量百分数计，导电碳材料含量为20～80％，余量为树脂。

4.如权利要求3所述的一种柔性复合双极板，其特征在于：所述导电碳材料包括碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管中一种或几种。

5.如权利要求3所述的一种柔性复合双极板，其特征在于：所述树脂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的一种或几种。

6.一种柔性复合双极板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的一种柔性复合双极板制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，混炼导电填料，具体包括：

8.如权利要求7所述的一种柔性复合双极板制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，混料机中熔融混炼温度为150～200℃，混炼时间为1～60min。

9.如权利要求6所述的一种柔性复合双极板制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，导电填料涂覆面密度50～500g/m2,辊压机辊压温度为120～200℃，辊压压力1～100mpa。

技术总结
本发明公开了一种柔性复合双极板，包括导电碳布，导电碳布外侧涂覆有导电填料，通过热压成型，形成柔性复合双极板，还公开了该柔性复合双极板的制备方法，本发明适用于液流电池双极板材料技术领域，以碳布为三维导电骨架，将导电填料填充在骨架，形成了良好柔性和强度的双极板，电导率和力学性能更好，同时，碳布和导电填料经热压后，形成一体化双极板，不会出现分层现象，而且，双极板制备过程中，导电填料采用熔融方式涂覆，并热压在碳布中，未使用有机溶剂，工艺简单环保。

技术研发人员：谢浩,尹兴荣,吴雄伟,吕善光
受保护的技术使用者：湖南省银峰新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17