[发明专利]全钒氧化还原液流电池用复合电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及全钒氧化还原液流电池用复合电极及其制备方法，属于钒电池制造领域。

技术背景

钒电池目前使用的电极材料主要包括金、钛、铅、钛基铂和氧化铱等金属类电极以及碳素、石墨等非金属类电极。研究结果表明，金属类电极的成本太高，长期使用后容易发生钝化，降低电池性能；而非金属类单一电极的刻蚀现象严重。高分子导电复合电极是一种新型的电化学性能好又不易刻蚀的钒电池电极。它是由高分子材料中加入另外一种导电填料或导电聚合物，得到高分子导电复材料，然后与石墨毡等集流体复合。不仅具有导电功能，而且能保持高分子材料的特性，能在较大的范围内调节材料的电学和力学性能。

目前，国内外进行了许多在钒电池中使用高分子复合导电材料作为电极材料的研究，据文献报道，Haddadi-Asl等用聚乙烯、尼龙作为基材，压制的导电塑料板具有良好的导电性和机械性能，电池电流密度在20mA/cm²下，电压效率达88％，但此材料价格高，成型性差。

澳大利亚新南威尔士州的单一检索有限公司于1994年提出了一种挠性电极的制造方法，即在高于聚合物熔点的温度下，将热塑性聚合物和弹性聚合物和导电材料混合、模压、冷却后热压金属网、金属箔、石墨毡等集流体制成电极。机械和加工性能都比较良好，但其体积电阻率仍然比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械性能好且体积电阻率低的全钒氧化还原液流电池用复合电极，高分子导电复合电极。

本发明的技术方案：

本发明复合电极是将三种导电填料(导电碳黑、石墨导和电碳纤维)加入到热塑性聚合物中制备得到热塑性导电板，热塑性导电板与石墨毡热压复合而成。其中石墨毡中的部分导电碳纤维嵌入导电板表面，形成互穿的导电网络，提高了产品整体的导电性能。

本发明复合电极的制备方法：

1、热塑性聚合物塑化：在高于热塑性聚合物塑化温度的温度下塑化5～10分钟，使其成均匀片状。可采用双辊炼胶机塑化。

所述热塑性聚合物为热塑性弹性体聚合物、热塑性塑料或按质量比为1～4∶1的热塑性弹性体聚合物与热塑性塑料的交联的混合物；

其中所述热塑性弹性体聚合物为：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物中的至少一种；所述热塑性塑料为：聚丙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯或高密度聚乙烯中的至少一种。

根据需要本领域技术人员还可以在热塑性聚合物塑化过程中加入抗氧化剂、增塑剂、润滑剂及分散剂等。

2、制备复合导电材料：石墨5～10份、导电碳黑30～60份、导电碳纤维20～40份混合均匀。

本发明合理使用三种导电填料(导电碳黑、导电碳纤维和石墨)，保证了电极在点、线、面各方面都具有良好的导电性能，对钒电池在充放电效率的提高上提供了较好的保障。

导电碳纤维是将基材经高温碳化后形成的一种高碳纤维材料，具有高导电性，低密度，高强度，高模量，轻质，耐磨，耐腐蚀，耐高温等优异性能，可广泛用于抗静电工业地板，防静电地坪涂料，防电磁波辐射的屏蔽产品，导电添加剂及其它复合材料等。本发明采用了线状的导电碳纤维与乙炔碳黑和石墨组成的复合导电材料，使得复合电极材料的内部形成交错的网络结构，保证了材料在各方向上都具有良好的导电性能。同时，由于该网络的形成，最后与碳毡复合时，碳毡部分嵌入导电板内，与该网络结构能有较好的连接，使复合后的产品复合面间的接触更良好。

3、热塑性导电板的制备：塑化好的热塑性聚合物与复合导电材料(重量比1∶1～4)混合均匀，可采用双辊炼胶机混合，然后放入金属模框内，在160～200℃温度下压制成热塑性导电板，冷却备用。

4、复合电极的制备：将石墨毡置于上述步骤制得的热塑性导电板的一面或两面，将石墨毡压缩到原来厚度的1/2～2/3，在石墨毡施加0.8～0.9MPa压力，温度160～200℃下，压制10～15分钟，利用碳毡的传热来加热复合表面，将热塑性导电板热熔后与石墨毡压成一体，保压冷却至常温即制得本发明一体化复合电极。

可采用平板硫化机压制，在合适的温度和压力下，既不改变石墨毡的孔结构又将热塑性导电板与石墨毡较好的复合。

本发明的有益效果：

1、本发明制得的导电复合电极具有极好的机械性能和导电能力(体积电阻率≤0.1Ω·cm)。