[发明专利]一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钒电池制造领域，具体为一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法。

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。双极板是全钒液流电池的关键部件之一，起着连接不同单电池的正负极并导通电池内电路的作用，要求其具备良好的导电性、机械强度、耐化学氧化和电化学腐蚀性能。可选择的材料主要包括金属双极板、纯石墨双极板及聚合物-碳素材料复合双极板。由于金属材料双极板价格和耐腐蚀性方面有问题，很少被研究和使用。纯石墨双极板加工和安装时容易断裂，在大规模工业应用时受到限制。聚合物-碳素材料复合双极板同时具有高分子树脂良好的加工性能和机械强度，以及碳素材料优异的导电性能，近年来在研究领域中受到广泛关注。中石博之等采用氯化聚乙烯为基体，加入石墨、炭黑等导电填料后通过注塑成型，制成厚度0.1mm的双极板；刘宗浩等使用挤出压延成型，制备面积较大、厚度较薄的双极板；陈茂斌等与刘建国等避开了高分子熔融物难于混合的弊端，分别采用乳液和悬浮液的方式混和树脂和导电填料，取得了良好的效果，但其电导率偏低。

虽然双极板研究已取得一定成果，但仍然存在需要解决的问题。采用乳液和悬浮液混合方式制备的双极板电阻率高于0.5Ω.cm，难于满足电池过程对导电性能要求。

发明内容

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导电塑料双极板的制备方法，解决现有技术中物料混炼均匀程度难以保证，以及聚合物-碳素材料复合双极板电阻率过高以及接触电阻过大等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，将基体树脂和导电剂以及助剂等原料在高混机中混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出成型，并在塑料板表面喷涂导电剂即制得导电塑料双极板；其电阻率可以达到0.1-0.3Ω.cm，并且比表面积大、与电极之间接触好，可降低钒电池电阻，提高钒电池性能。

本发明钒电池用双极板采用原料各组分的重量百分数为：

导电剂        20～70；

树脂粉末      20～70；

助剂          10～30；

以上个组分质量之和满足100。

本发明喷涂导电剂用原料各组分的质量百分数为：

导电剂        10～30；

树脂粉末      10～30；

溶剂          40～80；

以上个组分质量之和满足100。

本发明中，助剂为制备导电塑料的常用物质，包括稀释剂和增塑剂，稀释剂和增塑剂的质量比为1∶(1～3)；其中，稀释剂为异丙醇、液体石蜡、溶剂油中的一种或者两种以上，若采用两种或三种的混合物，则比例为任意比。增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。

本发明中，树脂粉末可以采用高分子树脂：聚乙烯树脂(PE)、聚丙烯树脂(PP)、聚氯乙烯树脂(PVC)、丙烯酸树脂(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种或两种以上。

本发明中，高分子树脂PE、PP、PVC、PA、ABS的粉末粒度为10μm-600μm(优选为20μm-100μm)。

本发明中，喷涂导电剂(喷碳工艺)可以与挤出机挤出塑料板同步进行，也可以成型后再在塑料板表面喷涂导电剂。

本发明中，喷涂导电剂使用溶剂可采用异丙醇、无水乙醇、丙酮中的一种或者两种以上，若采用两种或三种的混合物，则比例为任意比。

本发明中，导电剂为导电碳黑；或者，导电剂以导电碳黑为主剂，石墨粉或碳纤维粉为辅剂。当选择石墨粉与导电碳黑时，二者最佳质量比为(1∶10)-(1∶1)。当选择碳纤维粉与导电碳黑时，二者最佳质量比为(1∶10)-(1∶1)。

本发明中，喷涂导电剂选择导电剂为导电碳黑时，导电碳黑与树脂的质量比为(10∶1)-(2∶1)。

本发明中，喷涂导电剂选择导电剂为导电碳黑时，导电碳黑与树脂总质量和溶剂的质量比为(1∶2)-(1∶10)。

本发明中，当导电剂为导电碳黑，需加入增塑剂。增塑剂选用邻苯二甲酸二辛酯，增塑剂、导电碳黑二者的最佳质量比为(1∶10)-(1∶5)。

本发明中，导电碳黑粒度为10μm-500μm(优选为20μm-100μm)，石墨粉粒度为100μm-800μm(优选为150μm-300μm)，碳纤维粉粒度为10μm-200μm(优选为20μm-100μm)。

本发明的制备方法如下：