[发明专利]一种含氟双极板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含氟双极板及其制备方法，所述制备方法为：将可膨胀石墨加热到900℃以上高温膨化脱硫制得石墨蠕虫；将制得的石墨蠕虫同含氟聚合物悬浮乳液放入混料机，常温条件下进行混合制备浆料，含氟聚合物悬浮乳液的质量浓度为10％～60％；将制得的浆料采用红外线烘箱，温度保持在100～105℃范围内样品烘干至恒重；将制得的烘干后原料进行二次粉碎过筛制备粉料；将制得的粉末进行连续辊冷压制备3～10mm厚左右的预压板材；再进入连续辊热压至0.5～1.5mm制得最终成品。本发明主要解决氟树脂在石墨中的分散均匀性问题，在保证双极板的强度同时降低了氟树脂在双极板中的含量，提升双极板的碳含量，达到提升双极板的电导率，最终提升电池性能。

技术领域

本发明属于钒液流电池技术领域，具体涉及一种钒液流电池含氟双极板及其制备方法。

背景技术

液流电池是一种新的高性能蓄电池，具有容量高、使用领域广、循环使用寿命长、规模化蓄电的特点，自20世纪70年代以来，人们探索研究了多种液流电池，根据正负极电解质活性物质采用的氧化还原活性电对的不同，液流电池可分为全钒液流电池、锌/溴液流电池、锌/氯液流电池、锌/镍液流电池、多硫化钠/溴液流电池等等。全钒液流电池通过电解质溶液中不同价态钒离子在电极表面发生氧化还原反应，完成电能和化学能的互相转化，实现电能的存储和释放，是目前技术上最为成熟的液流电池。

双极板作为全钒液流电池中的关键部件之一，直接连接不同单电池的正负极半电池、导通电池内部电路并同时阻止电解液的渗透，这要求双极板必须具备良好的导电性、机械强度、阻液性能及耐化学腐蚀性能。

在液流电池中可能应用的双极板材料主要有金属双极板、石墨双极板及碳塑复合材料双极板，金、铂等贵金属虽然耐腐蚀性强、导电性优异，在材料性能方面是液流电池的优良导体，但由于其价格昂贵，所以不适合作为双极板应用。石墨材料有无孔石墨板与柔性石墨板两种，石墨材料在酸性及碱性溶液中都比较稳定，可以作为液流电池的双极板材料，但无孔石墨是脆性材料，其抗冲击强度和抗弯强度均很低，容易在电池装配过程中发生断裂，还无法做到很薄，柔性石墨板是由天然鳞片石墨经插层、水洗、干燥和高温膨胀后制得的膨胀石墨压制而成的一种石墨材料，蓬松多孔，致密性不是很好，阻液能力差，必须经过改性处理才能使用。碳塑复合双极板由(树脂)聚合物和导电填料混合后经过模压、挤出、注塑等方法制作，其力学性能主要由聚合物提供，碳塑复合材料双极板的的力学性能高、阻液性好、可加工性强，成本低廉，目前在全钒液流电池中应用最为广泛，但如何在保持强度的同时制备具有较高导电性的碳塑复合材料双极板是目前还需要进行深入研究的课题。

发明内容

本发明从碳塑复合材料双极板的角度出发，在满足使用强度的情况下提高双极板的导电性能，一方面需要采用导电性能优良的材料外还需要降低聚合物在双极板中的含量，同时满足强度使用要求，这要求聚合物在双极板中的分散性要非常均匀。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含氟双极板的制备方法，依次含有以下步骤：

步骤(1)采用可膨胀石墨为原材料，将可膨胀石墨加热到900℃以上高温膨化脱硫制得石墨蠕虫；

步骤(2)，将步骤(1)制得的石墨蠕虫同含氟聚合物悬浮乳液放入混料机，常温条件下进行混合制备浆料。采用氟树脂材料的主要原因是耐腐蚀性能优良，其中优选PVDF树脂，PVDF在满足使用温度条件的情况下，成型温度在175～185℃左右，成型条件要求不高，同时耐腐蚀性能优良；为了确保得到最终样品中的PVDF含量达到使用要求，需要在混合前进行PVDF水溶性乳液的浓度配比调整最终样品PVDF含量的质量比为浆料最终烘干后祛除水份的数据(PVDF水溶性乳液的浓度根据原始浓度进行添加去离子水稀释即可得到)；

步骤(3)，将步骤(2)制得的浆料采用红外线烘箱，温度保持在100～105℃范围内样品烘干至恒重；