[发明专利]一种采用导电塑料板材料制备全钒电池电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用导电塑料板材料制备全钒电池电极的方法。

背景技术

钒电池属于液流电池，电池的正负极反应完全是液相反应，属于第三类电极。电池中固相正极和负极只提供反应界面和作为集流体。因此，理论上钒电池的正负极材料在电池的充放电过程中不会有成分改变和结构与形貌的变化，钒电池应有较长的使用寿命。

但是在钒电池的研制过程中，人们发现采用耐酸材料石墨板作电极时，经过几次循环后正极表面发生了刻蚀现象；以碳纤维和碳布作钒电池正极时，也发生类似的损坏。采用聚乙烯基的导电塑料作为钒电池的集流板，正极一侧也会出现鼓包以及分层现象，严重影响钒电池的使用寿命。

所以，需要一种新的制备钒电池电极的方法，不仅可以提高电极的导电性能，还能增强其工作过程中的机械性能。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种采用导电塑料板材料制备全钒电池电极的方法，以提高钒电池电极的导电性能和机械性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：将聚乙烯与碳粉填料按照5：3的质量配比混均后热压成型，在室温下自然冷却得到导电塑料板。采用四探针法测定导电塑料板的体积电阻率，并按照GB/T 1040-1992标准，采用CMT 5105万能试验机测量导电塑料的拉伸性能和抗拉强度。将导电塑料板与铜网、聚丙烯腈基石墨毡组合成复合电极，作为钒电池的正极和负极。

相较于现有技术，本发明钒电池电极由超聚乙烯、碳粉、铜网与聚丙烯腈基石墨毡复合而成，进一步提高了钒电池电极的导电性能、机械性能和工作寿命。同时，本发明操作简单，适宜于大规模生产，有利于钒电池的实用化。

具体实施方式

根据本发明方法，将聚乙烯与碳粉填料按照5：3的质量配比混均后热压成型，在20℃室温下自然冷却得到导电塑料板。然后将导电塑料板与铜网、聚丙烯腈基石墨毡组合成复合电极，作为钒电池的正极和负极。

实验表明，以碳粉为导电填料，聚乙烯为基体的导电塑料体积电阻率随其中碳含量的增加而降低。在导电塑料板内附加铜网和不锈钢网后，复合极板的体电阻率会明显下降。特别是附有铜网的导电塑料板体电阻率为6.2×10-2Ωcm，石墨的电阻率一般为~7x10-3Ωcm，两者相差不足一个数量级。不同碳含量的导电塑料板的抗拉强度如下。

 导电塑料板的抗拉性能由基体材料聚乙烯决定。对于导电填料的含量确定的塑料板，由于线性低密度聚乙烯的抗拉强度低于高密度聚乙烯；所以线性低密度聚乙烯为基体的导电塑料抗拉强度要低一些。导电填料含量增加会弱化聚乙烯基体分子间的相互作用，从而降低导电塑料的抗拉强度。

 分别以导电塑料板和石墨棒作工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、石墨板辅助电极、以1M VOSO4，2M H2SO4溶液为电解液的循环伏安研究表明，电解液导电塑料与石墨棒在钒电池电解液中表现出相似的电化学行为，无多余副反应发生，并且导电塑料板的析氧电位较石墨棒高。用导电塑料板代替石墨板作为钒电池的集流板，将提高氧在集流板上的析出电位，有利于延长电池的使用寿命。

 为研究电池多次充放电后性能的变化，分别测量了电池充放电循环的初期与电池循环40次以后电池充放电极化线，并计算出电池充放电的极化电阻。电池充电电阻均高于放电阻；经过电池40次充放电之后极化电阻也均有提高。经测量电池使用后的导电塑料板的体积电阻率为2.9Ω﹒cm，与使用之前的6.2x10-2Ω﹒cm相比增加了47倍。

 总之，以聚乙烯为基体、碳粉为导电填料的导电塑料板具有良好的力学性能；经与铜网和聚丙烯腈基石墨毡附和后表现出优良的导电性，体电阻率为6.2x10-2Ω﹒cm，并且在钒电池电解液中与石墨具有相似的电化学行为，且析氧电位略有提高；该导电塑料用于钒电池的集流板经过电池长期充放电后，集流板表面无宏观改变，实验电池无漏液现象。

 对于本发明领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变，对所有的这些改变都应该属于本发明要求的保护范围之内。