專(zhuān)利名稱(chēng)：一種釩電池用一體化電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釩電池制造領(lǐng)域，具體為一種釩電池用一體化電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要應(yīng)用在電廠(電站)調(diào)峰以平衡負(fù)荷，大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換、風(fēng)能發(fā)電的儲(chǔ)能電源以及作為邊緣地區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)，不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)。是目前最有可能部分取代鉛酸儲(chǔ)能電池的理想儲(chǔ)能電池。作為綠色儲(chǔ)能技術(shù)的大功率釩電池的產(chǎn)業(yè)化，將推動(dòng)帶風(fēng)能、太陽(yáng)能等的大規(guī)模利用，使我國(guó)的可再生能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入主導(dǎo)階段，可以通過(guò)用電的“峰谷”調(diào)解，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，有利于資源的合理綜合利用，增加效益。釩電池要滿足產(chǎn)業(yè)化要求，需要進(jìn)一步降低電池成本、進(jìn)一步提高電池可靠性，而核心問(wèn)題就是降低電池電阻，提高電池功率。而雙極板和電極材料之間的接觸電阻占電池物理內(nèi)阻30%以上，并且現(xiàn)有材料在電池裝配過(guò)程需要很大緊壓力導(dǎo)致充放電過(guò)程中極化電阻很大，所以釩電池能否產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵在于，降低雙極板和電極材料之間的接觸電阻，降低電池流液阻力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種釩電池用一體化電極及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中雙極板電阻率過(guò)高、雙極板與電極接觸電阻過(guò)大、電池流液阻力大以及難以大電流充放電、能量 效率低等問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為—種鑰;電池用一體化電極,該一體化電極包括高分子樹(shù)脂粉末和電極，高分子樹(shù)脂粉末填充于電極中，高分子樹(shù)脂粉末體積占電極體積的30 70%。本發(fā)明中，電極采用碳?xì)只蚴珰?。本發(fā)明中，碳租或石墨租的厚度為2 IOmm,碳租或石墨租的體積密度為O. 05 O. 20g/cm3。本發(fā)明中，高分子樹(shù)脂粉末為耐酸性極強(qiáng)的熱塑性塑料或者熱固性塑料。本發(fā)明中，高分子樹(shù)脂粉末為聚乙烯樹(shù)脂、聚丙烯樹(shù)脂、聚氯乙烯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚醚醚酮中的一種或兩種以上混合，粉末粒度為20 μ m 500 μ m,優(yōu)選的粒度為50 μ m 100 μ m。所述的釩電池用一體化電極的制備方法，采用易揮發(fā)溶劑為分散介質(zhì)，將高分子樹(shù)脂粉末和電極充分混合，然后抽濾，抽濾至無(wú)溶劑滴出；將混入樹(shù)脂粉末的電極放入烘箱烘干，置于模具中熱壓成型，取出后放入溶劑中將表面樹(shù)脂析出，再放入烘箱中烘干即為一體化電極。本發(fā)明中，溶劑為甲苯、二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮、乙醚、氯仿或四氫呋喃。所述的釩電池用一體化電極的制備方法，具體步驟如下I)將電極和高分子樹(shù)脂粉末放入溶劑中浸泡，浸泡方法包括超聲波震蕩、攪拌器攪拌或噴槍噴淋，時(shí)間O. 5-10h，高分子樹(shù)脂粉末填充于電極中充分混合后，放入烘箱中烘干;2)將烘干后電極置于模具中，通過(guò)熱壓機(jī)熱壓，熱壓溫度為100 300°C，熱壓時(shí)間為5 200min，熱壓壓力為O.1 25MPa ；3)取出后放入溶劑中將表面樹(shù)脂析出，再放入烘箱中烘干，即為一體化電極。本發(fā)明中，烘箱溫度為50 100°C，保溫時(shí)間為10 600min。本發(fā)明中，高分子樹(shù)脂粉末與溶劑的質(zhì)量比例為(I 2) (1:20)，優(yōu)選的質(zhì)量比例為(I 5) (1:10)。本發(fā)明中，優(yōu)選地，熱壓溫度150 250°C，熱壓時(shí)間為20 lOOmin，熱壓壓力為O. 5 -IOMPa0本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明根據(jù)釩電池工作要求，選取耐高溫、耐腐蝕性好的高分子樹(shù)脂和電極制備一體化電極，以電極中注入樹(shù)脂粉末作為骨架材料，再將電極表面一層樹(shù)脂析出，消除了之間的接觸電阻，大大降低了電池電阻，提高了電池功率。其電阻率可以達(dá)到0.01 O.1 Ω . cm,降低了電池物理電阻。2、本發(fā)明的釩電池用一體化電極，由于電極與雙極板為一體，裝配過(guò)程不需要很大的壓緊力，降低了電池流液阻力，從而大大降低了電池充放電過(guò)程中的極化電阻，提高了電池大電流充放電能力以及能量效率，提高了電池功率。本發(fā)明的一體化電極導(dǎo)電率高、與電極之間接觸好，可降低釩電池電阻，提高釩電池功率，從而降低釩電池成本，并保證釩電池的可靠性。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明。實(shí)施例1取石墨租電極(規(guī)格560mmX寬320mmX厚5mm,體積密度為O. 10g/cm3)和粒度50 μ m的聚乙烯樹(shù)脂粉末(PE) 20g，分散介質(zhì)為甲苯50mL，在超聲池中超聲處理5h后，將聚乙烯樹(shù)脂粉末填充于石墨氈電極中，聚乙烯樹(shù)脂粉末占石墨氈電極體積的50%。取出后在烘箱中90°C待甲苯蒸發(fā)掉后，烘干后放入模具在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為160°C，熱壓時(shí)間為20min，壓力為IMPa，取出后放入DMF溶液50mL中在超聲池中超聲處理Ih，石墨氈電極兩側(cè)均露出1. 5mm后，在烘箱中70°C待DMF溶液蒸發(fā)掉后，得到釩電池用一種一體化電極。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0.1 Ω. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫(kù)侖效率91%，電壓效率80%，能量效率73%。實(shí)施例2取石墨租電極(規(guī)格長(zhǎng)560mmX寬320mmX厚6mm,體積密度為O. 15g/cm3)和粒度80 μ m的聚丙烯樹(shù)脂粉末(PP) 20g，分散介質(zhì)為丙酮40mL，在超聲池中超聲處理30min后，將聚丙烯樹(shù)脂粉末填充于石墨氈電極中，聚丙烯樹(shù)脂粉末占石墨氈電極體積的60%。取出后在烘箱中90°C待丙酮蒸發(fā)掉后，烘干后放入模具在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為190°C，熱壓時(shí)間為30min，壓力為IMPa，取出后放入氯仿溶劑中在超聲池中超聲處理lh，石墨氈電極兩側(cè)均露出2. Omm后，在烘箱中70°C待氯仿蒸發(fā)掉后，得到釩電池用一種一體化電極。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 06Q. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫(kù)侖效率91%，電壓效率81%，能量效率74%。實(shí)施例3取石墨租電極(規(guī)格560mmX寬320mmX厚7mm,體積密度為0. 05g/cm3)和粒度100 u m的聚醚醚酮20g，分散介質(zhì)為乙醚50mL，在超聲池中超聲處理5h后，將聚醚醚酮粉末填充于石墨氈電極中，聚醚醚酮粉末占石墨氈電極體積的30%。取出后在烘箱中90°C待乙醚蒸發(fā)掉后，烘干后放入模具在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為170°C，熱壓時(shí)間為25min，壓力為0. 5MPa，取出后放入DMF溶液50mL中在超聲池中超聲處理lh，石墨氈電極兩側(cè)均露出2. 5mm后，在烘箱中70°C待DMF溶液蒸發(fā)掉后，得到釩電池用一種一體化電極。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 03Q. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫(kù)侖效率91%，電壓效率86%，能量效率78%。實(shí)施例4取石墨租電極(規(guī)格500mmX寬320mmX厚5mm,體積密度為0. 12g/cm3)和粒度120 u m的聚乙烯樹(shù)脂粉末(PE) 20g,分散介質(zhì)為甲苯60mL，在超聲池中超聲處理Ih后，將聚乙烯樹(shù)脂粉末填充于石墨氈電極中，聚乙烯樹(shù)脂粉末占石墨氈電極體積的50%。取出后在烘箱中90°C待甲苯蒸發(fā)掉 后，烘干后放入模具在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為150°C，熱壓時(shí)間為30min，壓力為0. 4MPa，取出后放入四氫呋喃溶液50mL中在超聲池中超聲處理Ih,石墨租電極兩側(cè)均露出1. 5mm后,在烘箱中70°C待四氫呋喃蒸發(fā)掉后,得到I凡電池用一種一體化電極。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 06Q. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫(kù)侖效率92%，電壓效率83%，能量效率76%。實(shí)施例5取石墨租電極(規(guī)格長(zhǎng)500mmX寬320mmX厚8mm,體積密度為0. 13g/cm3)和粒度30 ii m的聚丙烯樹(shù)脂粉末(PP)lOg，分散介質(zhì)為丙酮30mL，在超聲池中超聲處理2h后，將聚丙烯樹(shù)脂粉末填充于石墨氈電極中，聚丙烯樹(shù)脂粉末占石墨氈電極體積的45%。取出后在烘箱中90°C待丙酮蒸發(fā)掉后，烘干后放入模具在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為180°C，熱壓時(shí)間為20min，壓力為IMPa，取出后放入DMF溶液50mL中在超聲池中超聲處理Ih，石墨氈電極兩側(cè)均露出3. Omm后，在烘箱中70°C待DMF溶液蒸發(fā)掉后，得到釩電池用一種一體化電極。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 07Q. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫(kù)侖效率92%，電壓效率80%，能量效率73%。實(shí)施例6取石墨租電極(規(guī)格長(zhǎng)500mmX寬320mmX厚6mm,體積密度為0. 08g/cm3)和粒度60 um的聚氯乙烯樹(shù)脂粉末(PVC) 20g,分散介質(zhì)為乙醚50mL，在超聲池中超聲處理Ih后，將聚氯乙烯樹(shù)脂粉末填充于石墨氈電極中，聚氯乙烯樹(shù)脂粉末占石墨氈電極體積的35%。取出后在烘箱中90°C待乙醚蒸發(fā)掉后，烘干后放入模具在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為120°C，熱壓時(shí)間為lOmin，壓力為0. 8MPa，取出后放入甲苯溶液50mL中在超聲池中超聲處理lh，石墨氈電極兩側(cè)均露出1. 5_后，在烘箱中70°C待甲苯溶液蒸發(fā)掉后，得到釩電池用一種一體化電極。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 05Q. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫(kù)侖效率92%，電壓效率85%，能量效率78%。實(shí)施例7取石墨租電極(規(guī)格長(zhǎng)500mmX寬320mmX厚3mm,體積密度為0. 10g/cm3),以及粒度70 ii m的聚乙烯樹(shù)脂粉末(PE) 20g和粒度80 ii m的聚丙烯樹(shù)脂粉末(PP) IOg,分散介質(zhì)為乙醚IOOmL,在超聲池中超聲處理3h后，將聚乙烯樹(shù)脂粉末和聚丙烯樹(shù)脂粉末填充于復(fù)合電極中，聚乙烯樹(shù)脂粉末和聚丙烯樹(shù)脂粉末占石墨氈電極體積的65%。取出后在烘箱中90°C待乙醚蒸發(fā)掉后，烘干后放入模具在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為200°C，熱壓時(shí)間為60min,壓力為5MPa,取出后放入甲苯溶液50mL中在超聲池中超聲處理Ih,石墨租電極兩側(cè)均露出1. 5mm后，在烘箱中70°C待甲苯溶液蒸發(fā)掉后，得到釩電池用一種一體化電極。本實(shí)施例中，制備的導(dǎo)電雙極板的體積電阻率為0. 05Q. cm。作為釩電池正負(fù)極集流板，電池充放電性能參數(shù)為庫(kù)侖效率93%，電壓效率88%，能量效率79%。結(jié)果表明，本發(fā)明根據(jù)釩電池工作要求，以電極中注入樹(shù)脂粉末作為骨架材料，再將電極表面一層樹(shù)脂析出，制備高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度、耐腐蝕的釩電池用一體化電極；其接觸電阻小，電阻率可以達(dá)到0. 01 0.1 Cm，不易剝離，提升了釩電池的功率，提高了電池可靠性，降低了 電池成本。
權(quán)利要求
1.一種釩電池用一體化電極，其特征在于，該一體化電極包括高分子樹(shù)脂粉末和電極， 高分子樹(shù)脂粉末填充于電極中，高分子樹(shù)脂粉末體積占電極體積的30 70%。
2.按照權(quán)利要求1所述的釩電池用一體化電極，其特征在于，電極采用碳?xì)只蚴珰帧?br> 3.按照權(quán)利要求1所述的釩電池用一體化電極，其特征在于，碳?xì)只蚴珰值暮穸葹?2 IOmm,碳租或石墨租的體積密度為O. 05 O. 20g/cm3。
4.按照權(quán)利要求1所述的釩電池用一體化電極，其特征在于，高分子樹(shù)脂粉末為耐酸性極強(qiáng)的熱塑性塑料或者熱固性塑料。
5.按照權(quán)利要求1所述的釩電池用一體化電極，其特征在于，高分子樹(shù)脂粉末為聚乙烯樹(shù)脂、聚丙烯樹(shù)脂、聚氯乙烯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚醚醚酮中的一種或兩種以上混合，粉末粒度為20 μ m 500 μ m。
6.按照權(quán)利要求1 5之一所述的鑰;電池用一體化電極的制備方法,其特征在于,米用易揮發(fā)溶劑為分散介質(zhì)，將高分子樹(shù)脂粉末和電極充分混合，然后抽濾，抽濾至無(wú)溶劑滴出；將混入樹(shù)脂粉末的電極放入烘箱烘干，置于模具中熱壓成型，取出后放入溶劑中將表面樹(shù)脂析出，再放入烘箱中烘干即為一體化電極。
7.按照權(quán)利要求6所述的釩電池用一體化電極的制備方法，其特征在于，溶劑為甲苯、 二甲基甲酰胺、丙酮、乙醚、氯仿或四氫呋喃。
8.按照權(quán)利要求6所述的釩電池用一體化電極的制備方法，其特征在于，具體步驟如下1)將電極和高分子樹(shù)脂粉末放入溶劑中浸泡，浸泡方法包括超聲波震蕩、攪拌器攪拌或噴槍噴淋，高分子樹(shù)脂粉末填充于電極中充分混合后，放入烘箱中烘干；2)將烘干后電極置于模具中，通過(guò)熱壓機(jī)熱壓，熱壓溫度為100 300°C，熱壓時(shí)間為 5 2OOmin,熱壓壓力為O.1 25MPa ；3)取出后放入溶劑中將表面樹(shù)脂析出，再放入烘箱中烘干，即為一體化電極。
9.按照權(quán)利要求8所述的釩電池用一體化電極的制備方法，其特征在于，高分子樹(shù)脂粉末與溶劑的質(zhì)量比例為(1:2) (1:20)。
10.按照權(quán)利要求8所述的釩電池用一體化電極的制備方法，其特征在于，步驟(2)中， 優(yōu)選地，熱壓溫度150 250°C，熱壓時(shí)間為20 lOOmin，熱壓壓力為O. 5 lOMPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及釩電池制造領(lǐng)域，具體為一種釩電池用一體化電極及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中難以大電流充放電、能量效率低、流液阻力大等問(wèn)題。采用高分子樹(shù)脂粉末和電極為原料，采用易揮發(fā)溶劑為分散介質(zhì)，在攪拌下使樹(shù)脂和電極充分混合，然后抽濾，至無(wú)溶劑滴出；將混入樹(shù)脂粉末的電極放入烘箱烘干，置于模具中熱壓成型，取出后放入溶劑中將表面樹(shù)脂析出，再在烘箱中烘干即為一體化電極。本發(fā)明根據(jù)釩電池工作要求，選取高分子樹(shù)脂和電極制備一體化電極；其電阻率可達(dá)到0.01～0.1Ω.cm，降低了電池物理電阻，提高了釩電池大電流充放電能力及能量效率，提高了釩電池的可靠性。
文檔編號(hào)H01M4/88GK103035928SQ201210556349
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者侯紹宇, 楊志剛, 劉建國(guó), 嚴(yán)川偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所