[发明专利]一种一体化双极性电极及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种一体化双极性电极，包括夹层结构和双极板，所述夹层结构由正极活性材料层与负极活性材料层相互连接而成，所述双极板夹设于所述夹层结构的空腔中，所述夹层结构的侧面设有用于与双极性电极固定框体相配合以防止正、负极电解液相互渗透的密封层。本发明还相应提供一种上述一体化双极性电极的制备方法和应用。本发明的一体化双极性电极中正、负极活性材料层直接连接，二者之间的接触电阻非常小，最终制备得到的电池性能更好。并且，本发明的一体化双极性电极省去了集流体与正、负极活性电极通过热压或黏结制备成型工序，制作工艺简单、流程更短，可大幅度降低成本。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种电极及其制备方法、应用。

背景技术

全钒液流电池因其具有使用寿命长、容量和功率可调、大电流无损深度放电、运行安全、易操作和维护、无环境污染等等优点而成为太阳能、潮汐能、风能等间断式不稳定可再生能源发电储能的首选。

现有钒电池中，导电集流体通常为柔性石墨板或以石墨、高密度聚乙烯粉末、碳纤维和导电炭黑为原料混合而成，其具体混合制备工艺通常为：在室温下按照比例配料，采用无水乙醇作为分散剂，用磁力搅拌使树脂粉末和导电填料充分混合，再将混合物倒入不锈钢蒸发皿，放入干燥箱烘干，在100℃烘干大约20min，然后在模具中压制成型，最后放入干燥箱烘干，在150℃烘干大约15min，取出空冷即可。

现有技术中，为简化电堆组装工艺，通常将导电集流体与活性电极材料通过热压或黏结在一起制备成一体化复合电极。当活性电极材料和导电集流体通过热压或导电黏结层结合在一起时，要求活性电极材料和导电集流体黏结牢靠，具有良好导电性。黏结剂首先用水和乙醇的混合物搅拌成糊状，均匀涂抹在导电集流体上，然后将处理好的石墨毡平稳地压在上面，保持一定的压力，在恒温箱中160℃保持10min，冷却后取出即可成为一体化复合电极。

一体化复合电极包括两类，与极耳相连的端电极和两边分别与两片隔膜相接触的双极性电极。位于双极性电极中的导电集流体又称双极板，它既承担着连接相邻两个单电池的正、负极的任务，又要起到完全隔离正、负极电解液的作用。因此，要求其不仅具有良好的电子导电性，而且具有耐酸、耐氧化、完全不渗透电解液等特性。现有技术中，双极板与正、负电极材料分离，双极板与正负极材料通常通过热压或黏结制备成型，电极组装复杂、繁琐，也增加了双极板与电极材料之间的接触电阻，影响电池性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种性能优异的一体化双极性电极及其制备方法、应用，本发明中的双极性电极正负极活性材料之间没有接触电阻，组装得到的电池性能非常优异。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种一体化双极性电极，包括夹层结构和双极板(即相当于现有技术中的集流体)，所述夹层结构由正极活性材料层与负极活性材料层相互连接而成，所述双极板夹设于所述夹层结构的空腔中，所述夹层结构的侧面设有用于与双极性电极固定框体相配合以防止正、负极电解液相互渗透的密封层。

上述一体化双极性电极中，优选的，所述双极板为与正、负极电解液不反应(如具备耐酸、抗氧化)、不渗液的不导电薄片。更优选的，所述双极板为橡胶、塑料或其二者复合得到复合物。本发明中，双极板也可采用现有技术中常规的集流体，但不推荐，因为现有集流体一般都要强调高导电性能，但在其具备高导电性能时，其隔绝电解液的性能必然会受到影响。一般来说，现有集流体导电性能高，则隔绝电解液的性能会降低，现有集流体导电性能低，隔绝电解液的性能会有所提高，但其导电性会受到影响，利用其制备得到的电池的电化学性能会降低。另外，现有集流体中含有的导电介质(如碳)长时间与电解液接触时会与电解液发生反应，导致双极性电极的使用寿命减少。本发明中选用与电解液不反应、不渗液的不导电薄片(如更优选的橡胶、塑料等)，这些材料不仅价格便宜，而且可以完全杜绝正、负极电解液通过集流体相互渗透，从而引起电池自放电的问题。上述不导电薄片包括但不限于聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯或氟橡胶、硅橡胶等。