[发明专利]一种钒电池用高导电率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高导电率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。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⁺+H₂O    E₀＝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。

导电塑料主要是把高分子物质，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙稀(PVC)等以一定的比例与导电剂(乙炔黑、石墨粉、碳黑)混合、热压成型。这种材料用于钒电池的研究已引起国内外的关注，也是近年双极板研究的热点，大都采用提高配方中导电添加剂的含量来提高电导率。因此，配方原材料在成型前的均匀混合是一个关键步骤。目前，采用常规的高温混炼进行原材料的混合，再通过热压成型方法制备需要的导电塑料双极板，但该过程中物料混炼均匀程度难以保证，并且人工操作大批量连续性困难，加工尺寸受设备影响不能制备大面积，还有开炼机属于开放式设备，加工温度不宜控制。

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高导电率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，并且人工操作大批量连续性困难等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种钒电池用高导电率导电塑料双极板的制备方法，将基体树脂以及导电填料碳黑(CB)、石墨(C)、碳纤维(c)和助剂等以一定配比作为原料在高混机中均匀混合，通过双螺杆挤出机混炼造粒(制成母粒)，再将制成母粒加入单螺杆挤出机，通过单螺杆挤出成型，即制得导电高分子材料集流板。其加工连续性好，物料混炼均匀，制成双极板力学性能优异，表面光滑平整。

本发明钒电池用高导电率双极板采用导电塑料原料，各组分的重量百分数为：

导电剂              30～60；

高分子树脂粉末      30～60；

助剂                10～20；

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，包括偶联剂、稀释剂、增塑剂。

本发明中，高分子树脂粉末可以采用PE、PP、PVC等高分子树脂粉末中的一种或几种，并且加入如EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、EAA(乙烯丙烯酸共聚物)等增容树脂的一种或几种。若采用两种或三种以上的混合物，则比例为任意比。

本发明中，高分子树脂PE、PP、PVC的粉末粒度为10μm-500μm。

本发明中，增容树脂EVA、EAA的熔体流动速率为70g/10min-300g/10min。

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，石墨和碳纤维粉为辅剂。当选择石墨粉与导电碳黑时，二者最佳质量比为(1∶10)-(1∶1)，这时导电剂占总质量的最佳质量百分数为：20-80。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)，这时导电剂占总质量的最佳质量百分数为：20-70。

本发明中，当选择导电碳黑为导电剂时，导电碳黑需要预处理：对导电碳黑进行偶联处理，由于偶联剂用量少，应进行稀释，其稀释量≥偶联剂量。偶联剂选用钛酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂，稀释剂选用液体石蜡或异丙醇等。偶联剂、稀释剂二者的最佳质量比为(1∶10)-(1∶2)。预处理时稀释剂与偶联剂重量之和占导电碳黑重量的10-25％。