[发明专利]多层复合导电板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源技术和电子技术领域，具体涉及一种多层复合导电板及其制备方法。

背景技术

近年来，以电池为代表的电化学能源装置已经成为能源利用、转化和储存过程中最为广泛应用的能源技术之一。电化学电源的进步可以促进新能源的利用从而可以缓解世界能源短缺问题，并显著改善化石能源利用所带来的环境问题，如世界“温室效应”引起的气候变化已成为一个全球性环境问题。

在储能电池领域，液流电池由于其安全性好，使用寿命长，已经成为储能技术的重要选项。在各类液流电池中，双极板是关键零部件之一。目前可以用于液流电池双极板的材料主要包括金属板、石墨板、聚合物-碳复合板。由于液流电池的电解液一般具有较强腐蚀性，从而使金属板的应用受到限制。石墨板抗冲击强度较差，在装配过程中容易碎裂，此外，液流电池双极板需要非常致密以防止窜液，导致电池性能下降，因而需要对模压石墨板进行树脂填充，增加了生产成本。目前，在钒液流电池中普遍使用的是聚合物-碳复合板，这类导电板通常是将导电碳材料，如碳纤维、炭黑、碳毡等，与聚合物树脂共混，通过模压成型制备聚合物-碳复合板。目前市场上的聚合物-碳复合板存在热稳定性差，电阻较大的问题，严重影响电池的使用寿命和性能。

为了解决现有复合板存在的问题，工程技术人员和研究人员对此进行了较多的改进。对现有文献进行检索，发现专利申请号为201110097571.8和201120574193.3的中国专利介绍了一种一体化复合电极的制造方法，其在两块碳毡或者石墨毡中间通过注入或者热压塑料板的方法制备一体化电极。通过这种方法得到的一体化电极上下层为多孔结构的碳毡或者石墨毡层，为电池提供电化学反应的场所，中间为聚合物-炭复合层。该专利将电极和导电板(双极板)制成一体，省去了电极和双极板之间的粘接。该专利技术的缺点在于，由于不能破环碳毡和石墨毡的结构和强度，模压压力不能太大，导致聚合物-碳复合层中两块碳毡之间的接触电阻较大。

专利申请号为201210552504.5的中国专利介绍了一种聚合物-碳材料复合导电板，其方法是将聚合物树脂和碳毡或者石墨毡通过热压的方法使得聚合物树脂进入碳毡或者石墨毡的孔隙，制备致密的树脂复合双极板。专利申请号为201010597567.3的中国专利介绍了一种高导电多层复合板的制备方法，其通过将导电碳材料和树脂共混，通过多层共挤或层压工艺制备具有多层结构的复合导电板，其中每一层均为聚合物复合导电层，通过改变聚合物或者导电材料的组成调节导电板的性能。专利申请号为201410401746.3的中国专利介绍了一种酚醛树脂-石墨-石墨烯复合电池双极板栅板，其方法是将一定比列的酚醛树脂、石墨和石墨烯混合，通过模压的方法制备得到复合双极板。

以上技术制备的复合导电板一般具有较大的表面电阻或者接触电阻，并且导热性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种多层复合导电板及其制备方法。该多层复合导电板，不仅可以克服传统复合双极板表面电阻或者接触电阻大、导热性不足的问题，而且可以制备厚度较小，机械强度较高的电池双极板；在材料性能和制备方法上具有较强的创新性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种多层复合导电板，其特征在于，包括复合导电层和致密导电层，所述致密导电层设置在复合导电层的上、下表面。

优选地，所述致密导电层由导电碳材料制备，所述导电碳材料包括石墨粉、炭黑、石墨烯中的一种或几种。

优选地，所述致密导电层的密度为0.6～2.5g/cm³,碳含量≥95％，厚度为0.01～1mm。

更优选地，所述致密导电层的密度为0.9～1.5g/cm³,碳含量≥99％，厚度为0.03～1mm。所述厚度太薄致密导电层再压制过程中容易碎裂；太厚则粘结强度差，机械强度差，电阻变大。

优选地，所述复合导电层为导电碳材料和树脂组成的复合导电材料制备。所述复合导电层的厚度为0.5～2mm。

优选地，所述导电碳材料包括石墨粉、炭粉、石墨烯、碳纤维、石墨纤维中的一种或几种。

优选地，所述树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯，交联聚乙烯、交联聚丙烯、交联聚偏氟乙烯、交联聚氯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或者几种。

更优选地，所述不饱和聚酯树脂为邻苯型不饱和聚酯树脂、间苯型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂、卤代不饱和聚酯树脂中的一种或几种。