液流电池双极板、制备方法及其材料微球技术

本发明专利技术公开了一种液流电池双极板、制备方法及其材料微球。本发明专利技术提供了一种液流双极板材料微球A，并通过其制备得到了液流电池双极板，该方法制备得到的液流电池双极板的导电性能和机械性能均良好，并且制备工艺简单，对环境友好，易于工业化。

Bipolar plate of liquid flow battery, preparation method and material microsphere

【技术实现步骤摘要】
液流电池双极板、制备方法及其材料微球
本专利技术涉及液流电池双极板、制备方法及其材料微球。
技术介绍
伴随着可再生能源、分布式微网和智慧能源的加速发展，在提升可再生能源并网率、平衡电网稳定性方面发挥重要作用的储能技术越来越受关注。而在众多大容量储能技术路线中，全钒液流电池已脱颖而出。与其他储能技术相比，全钒液流电池储能技术因其使用寿命长、规模大、安全可靠等突出的优势，成为规模储能的首选技术之一。双极板是液流电池关键部件之一，其具有传递电子以及分隔正负极电解液的作用，对其良好的导电性能、耐化学腐蚀性能和优异的机械性能都提出了较高的要求。因此，双极板的制备工艺也受到了广泛的关注。例如：中国专利申请CN101567452A公布了专利技术专利《一种液流电池的复合材料双极板制备方法》，提出了采用溶液法混合、流延法浇铸和模压法成型，三种依次组合的制备方法，从而制备出高导电性的双极板。但该技术方案采用了大量有机溶剂，在流延浇铸过程中溶剂会挥发到大气中，不利于环境保护。中国专利申请CN106099121A公开了专利技术专利《双极板及其制备方法和应用》，提出在制备的双极板本体的两面上涂覆导电图层，从而达到降低双极板的表面电阻的目的。该双极板表面需要涂浇混有导电材料的有机溶剂，经挥发烘干后得到双极板，此过程将蒸发大量有机溶剂，不利于环境保护；此外，导电图层的双极板不利于电池装配，容易造成图层的损坏，影响电池性能。中国专利申请CN106299389A公布了专利技术专利《全钒液流电池双极板及其制备方法》，提出了通过热固性树脂为基体，以及以镍网为导电网络复合而成，其镍网表面接枝碳纳米管，所制备的双极板导电性能稳定，导电性能良好。但该技术方案采用金属网与热固性树脂复合，在实际电池运行期间，会长期处于强酸性环境中，双极板中的镍网容易受到强酸溶液的腐蚀，从而影响双极板的使用寿命。中国专利申请CN106848346A公布了专利技术专利《液流电池用双极板及其制备方法》，提出了双极板由五层结构复合而成，包括石墨毡/碳毡、多孔结构碳素/金属基材、高分子聚合物材料、多孔结构碳素/金属基材、石墨毡/碳毡，使得制备出的双极板机械性能和导电性能优异。该技术方案采用五层结构复合而成，制备过程非常复杂，且每层要求厚度极薄，不利于加工，成本较高。可见，目前液流电池用双极板的制备存在两个问题：一个是制备工艺复杂或对环境不友好，不适合工业化；另一个是制备得到的双极板的导电性能和机械性能不可兼得。例如，双极板的导电性能提高的同时，机械性能下降，或机械性能提高的同时，导电性能下降，使得双极板的综合性能不能得到明显的提升。因此，如何能提供一种适合工业化、绿色的、且能兼顾导电性能和机械性能的液流电池双极板是本领域技术人员迫切需要解决的一大难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有技术中液流双极板导电性能和机械性能不能兼顾，或者即使可以得到导电和机械性能良好的双极板，但制备工艺复杂、操作困难、对环境不友好或成本高的缺陷，从而提供了一种液流双极板、制备方法及其材料微球。通过该液流双极板材料微球制备得到的液流双极板导电性能和机械性能均良好，并且制备工艺简单，对环境友好，易于工业化。本专利技术提供了一种液流电池双极板材料微球A，所述液流电池双极板材料微球A的粒径为5～20μm；其包含质量比为1:1～1:4的微球B和高分子聚合物微球；所述微球B包含质量比为1:1～4:1(例如2:1)的高分子聚合物和导电材料，且所述导电材料包覆在所述高分子聚合物表面；所述微球B和所述高分子聚合物微球的粒径各自独立地为5～20μm。本专利技术中，所述液流电池双极板材料微球A不包含助剂。所述助剂是指本领域制备液流电池双极板所常用的助剂，所述助剂可选自分散剂、表面活性剂、增强剂和相容剂中的一种或多种。本专利技术中，所述高分子聚合物和所述高分子聚合物微球中的高分子聚合物均为本领域内制备液流电池双极板时常用的高分子聚合物。所述高分子聚合物可为热塑性聚合物，可选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种或多种；所述共聚物的数均分子量为200000-600000。所述高分子聚合物的密度可为0.5-1.0g/cm3，例如0.9g/cm3。本专利技术中，所述导电材料为本领域内制备液流电池双极板时常用的导电材料；所述导电材料可选自石墨、炭黑和石墨烯中的一种或多种。本专利技术中，较佳地，所述微球B和所述高分子聚合物微球的粒径相同。本专利技术中，所述微球B和所述高分子聚合物微球的粒径各自独立地为10μm～25μm，例如20μm。本专利技术中，所述微球B可通过以下方法制备得到，其包含以下步骤：将所述质量比为1:1～4:1的高分子聚合物和导电材料经过球磨制备得到。本专利技术中，所述高分子聚合物微球可通过将所述高分子聚合物经过球磨制备得到。所述微球B和所述高分子聚合物微球的球磨制备过程中：所述球磨时的球料比可为1:1-5:1，例如2:1。所述球磨时的时间可依据是否达到粉碎并混合均匀的效果来判断(例如所述球磨时间可为20min-60min，再例如30min。所述球磨时的转速可为200-700r/min，例如500r/min。本专利技术还提供了一种所述液流电池双极板材料微球A的制备方法，其包含以下步骤，将所述微球B和所述高分子聚合物微球搅拌制备得到微球，即可。所述搅拌可采用高速搅拌机，转速可为500r/min，例如在高速搅拌机中搅拌的时间为20min。本专利技术还提供了一种液流电池双极板的制备方法，其包含以下步骤：在基板上将所述液流电池双极板材料微球A经过热压，即可。本专利技术中，所述制备方法可在无有机溶剂下进行。本专利技术中，所述热压可参考本领域内制备液流电池双极板时热压的仪器及参数，例如所述热压仪器采用平板硫化机。其中，所述热压温度可为170-230℃，例如190～200℃。其中，所述热压压力可为2-15MPa，例如，10MPa。其中，所述热压时间可为2-20min，例如，3min。本专利技术提供了一种由上述方法制备得到的液流电池双极板。所述的液流电池双极板的厚度可为0.5-5mm(例如0.5-3.0mm，再例如1mm)，电阻率可为1-100Ω.cm(例如16～40Ω.cm)，机械性能拉伸强度可为10-50MPa(例如17～22MPa)，断裂伸长率可为7％～14％。在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术所用试剂和原料均市售可得。本专利技术的积极进步效果在于：(1)本专利技术所提供的液流电池双极板电学与机械性能均良好；(2)本专利技术所提供的液流电池双极板可在无有机溶剂作用下制备得到，对环境友好；(3)本专利技术所提供的液流电池双极板装配到5KW全钒液流电池电堆中，在40mA/cm2的电流密度下的电流效率达到84％以上，电压效率为可达到76％以上，能量效率可达到64％以上。(4)该方法通过将高分子聚合物材料与导电材料在混合的过程中不添加任何例如增强剂等助剂。附图说明图1为实施例1中液流电池双极板的制备方法流程图。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液流电池双极板材料微球A，其特征在于，所述液流电池双极板材料微球A的粒径为5～20μm；其包含质量比为1:1～1:4的微球B和高分子聚合物微球；所述微球B包含质量比为1:1～4:1的高分子聚合物和导电材料，且所述导电材料包覆在所述高分子聚合物表面；所述微球B和所述高分子聚合物微球的粒径各自独立地为5～20μm。

【技术特征摘要】
1.一种液流电池双极板材料微球A，其特征在于，所述液流电池双极板材料微球A的粒径为5～20μm；其包含质量比为1:1～1:4的微球B和高分子聚合物微球；所述微球B包含质量比为1:1～4:1的高分子聚合物和导电材料，且所述导电材料包覆在所述高分子聚合物表面；所述微球B和所述高分子聚合物微球的粒径各自独立地为5～20μm。2.如权利要求1所述的液流电池双极板材料微球A，其特征在于，所述液流电池双极板材料微球A不包含助剂，所述助剂例如选自分散剂、表面活性剂、增强剂和相容剂中的一种或多种；和/或，所述高分子聚合物为热塑性聚合物，例如选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种；所述共聚物的数均分子量为200000-600000；和/或，所述导电材料选自石墨、炭黑和石墨烯中的一种或多种。3.如权利要求1所述的液流电池双极板材料微球A，其特征在于，所述微球B和所述高分子聚合物微球的粒径相同；和/或，所述微球B和所述高分子聚合物微球的粒径各自独立地为10μm～25μm，例如20μm；和/或，所述微球B包含质量比为2:1的高分子聚合物和导电材料；和/或，所述高分子聚合物的密度为0.5-1.0g/cm3，例如0.9g/cm3。4.如权利要求1所述的液流电池双极板材料微球A，其特征在于，所述微球B通过以下方法制备得到，其包含以下步骤：将质量比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周禹，杨霖霖，苏秀丽，林友斌，苏青，廖文俊，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31