一种固体钒电池的制备方法及得到的固体钒电池技术

本发明专利技术提供一种固体钒电池的制备方法及得到的固体钒电池，所述固体钒电池包括极板、隔膜、端板；所述极板包括正单极板、负单极板和双极板，所述双极板是用双极框架板和集流体粘接或焊接而成，在所述双极板的两面均涂布有电极活性物质；所述集流体为复合导电塑料板，所述复合导电塑料板是用聚合物与导电物质混合，加热180～320℃混匀，当物料转变为玻璃态后，将物料转入模具，把模具及物料一同加热后进行热压，然后淬冷得到很薄的光滑的薄片状的复合导电塑料板。本发明专利技术提出的固体钒电池的制备方法，对集流体、电极活性物质、安装工艺方面进行了优化和改进，本制备方法采用常见工业原料，制备的可操作性强，可实现大规模工业化生产。可实现大规模工业化生产。可实现大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种固体钒电池的制备方法及得到的固体钒电池


[0001]本专利技术属于储能
，具体涉及一种改性隔膜及用其组装的二次电池。

技术介绍

[0002]固体钒电池是在钒氧化还原液流电池的基础上开发的一种新型的化学电池，电解质呈固态，使用高活性的钒化合物与导电剂、粘结剂、分散剂等均匀混合而成，其高活性的钒化合物被吸附在高比表面积的导电剂和分散剂的微孔中。高能固态钒电池是将活性电解质和集流体紧密压实，成为正负极电极，在层间用隔膜隔开，辅助于密封及紧固组件而成单体钒固盐蓄电池。相对于钒氧化还原液流电池，固体钒电池中钒离子不再受限于需要稳定溶解在溶剂中的要求，钒的浓度和含量提高至少80％，同时不再需要类似传统液流钒电池所需的输送系统及存储罐等，这使得电池的体积降低2倍以上，故从本质上提高了电池的能量密度。
[0003]固体钒电池不同于电解液是液体的全钒液流电池，其电极活性物质是固态的，制备方式和全钒液流电池不同。当前，对于固体钒电池的研究现状还仅仅局限于单片的小电池，额定电压只有1.2
‑
1.45V，电池的电压和电量都太小，限制了其实际的使用价值。有必要对电池的主要部件进行改进，实现多个单电池串联，提高电池组的输出电压和容量。

技术实现思路

[0004]为了实现钒电池的串联组装，本专利技术人提出了一种可用于钒蓄电池串联的双极板结构，通过此双极板，与正负单极板、壳体等组成串联的钒固盐蓄电池组。基于此，本专利技术的第一个目的是提出一种固体钒电池的制备方法，以进一步提高钒固体电池电压和实用性。
[0005]本专利技术的第二个目的是提供所述制备方法得到的固体钒电池。
[0006]实现本专利技术上述目的的技术方案为：
[0007]一种固体钒电池的制备方法，所述固体钒电池包括极板、隔膜、端板、极板；所述极板包括正单极板、负单极板和双极板，所述双极板是用双极框架板和集流体粘接或焊接而成，在所述双极板的两面均涂布有电极活性物质(以用于电池的串联)；所述集流体为复合导电塑料板，所述复合导电塑料板是用聚合物与导电物质混合，加热180～320℃混匀，当物料转变为玻璃态后，将物料转入模具，把模具及物料一同加热后进行热压，然后淬冷得到很薄的光滑的薄片状的复合导电塑料板；
[0008]所述聚合物为PVC、尼龙
‑
6、尼龙
‑
11、低聚度聚乙烯、高聚度聚乙烯、低聚度聚丙烯、高聚度聚丙烯中的一种或多种，所述导电物质为炭黑、石墨粉、石墨纤维中的一种或多种。
[0009]正单极板上设置一个极耳，负单极板上设置一个极耳，组装成串联的结构。
[0010]优选地，所述复合导电塑料板是用炭黑与石墨纤维按照重量比例为1：1～1：2的混合；炭黑与聚合物的重量比例为1：(6～8)。
[0011]和/或，所述复合导电塑料板的厚度为0.2～2mm。其中，所述双极框架板是中空的
矩形框架，中空部为凹槽，所述凹槽用以装载正负极膏状活性物质，通过改变凹槽的尺寸和高度以改变装载活性物质的量，得到不同容量的电池。
[0012]例如，单极板的有效尺寸为200mm
×
200mm，活性物质厚度1.5mm，则放电容量12.87Ah。
[0013]其中，在所述集流体上涂布有膏状的正极活性物质和/或负极活性物质，所述正极活性物质的制备方法为：准确量取一定体积的总钒含量为5～7M、硫酸浓度1～4M的VOSO4：V2(SO4)3＝1:(0.9～1.1)的混合电解液，在此溶液中加入电解液体积(8～12)％的导电石墨和(8～12)％的PTFE(聚四氟乙烯)乳液，搅拌混合成膏状物质；
[0014]所述负极活性物质的制备方法为：准确量取一定体积的总钒含量为5～7M、硫酸浓度6～9M的VOSO4：V2(SO4)3＝1:(0.9～1.1)混合电解液，在此溶液中加入电解液体积(8～12)％的导电石墨和(8～12)％的PTFE(聚四氟乙烯)乳液、1～10％的8～12M磷酸，搅拌混合成膏状物质。
[0015]在“电池制作涂膏阶段”固体钒电池的正负极活性物质，其主体成可以一样(主要为接近3.5价态的含钒离子混合物)，但正负极活性物质中其他有效物质，例如添加剂种类、比例以及酸浓度会有差异。
[0016]在后续的制作工艺“化成”中，通过首次充放电后，正负极活性物质中的钒离子价态将发生变化。
[0017]所述的PTFE(聚四氟乙烯)乳液的质量分数可以为10～40％或本领域已知的质量浓度。
[0018]进一步地，将所得膏状物质转移到温度45℃
±
2℃，湿度≥98％环境中保存1～5h；和/或
[0019]正负极活性物质的涂布工艺如下：
[0020]采用极板涂布机或者手工刮板的方式将膏状活性物质涂布在集流体上，涂布厚度1.0
‑
5.0mm。
[0021]进一步优选地，正负极活性物质涂布后做进一步的干燥固化，干燥固化采用三段式：
[0022](1)干燥温度45℃
±
2℃，湿度≥98％，干燥1
‑
4h；
[0023](2)干燥温度45℃
±
2℃，湿度80％
‑
85％，干燥1
‑
4h；
[0024](3)干燥温度25℃
±
5℃，湿度50％
‑
60％％，干燥1
‑
6h。
[0025]将固化干燥后的正负极单极板放入外壳固定装置中，活性物质朝向内侧，单极板内侧铺一层密封装置(垫片、条、O型圈等)，中间铺一层隔膜。
[0026]本专利技术的又一优选技术方案为，所述隔膜组装前用浓度为(0
‑
10M)的硫酸润湿，每平方厘米隔膜用酸0.1
‑
1mL。
[0027]其中，然后将两个半电池壳体贴合在一起，用螺栓紧固，紧固力矩为(5
‑
25)
×
n Nm，n是正整数，为串联的单电池的数目。
[0028]更优选地，然后将两个半电池壳体贴合在一起，用螺栓紧固，紧固力矩为(5
‑
10)
×
n Nm。
[0029]组装时应注意安装定位销，防止安装方向出错。
[0030]本专利技术所述制备方法制备得到的固体钒电池。
[0031]本专利技术的有益效果在于：
[0032]本专利技术提出的固体钒电池的制备方法，对集流体、电极活性物质、安装工艺方面进行了优化和改进，本专利技术方法制备得到导电塑料板，可进一步和框架板组成双极板结构，正负极活性物质分别涂覆于导电塑料板两侧后，即可任意串联为更具实用性的固体钒电池。
[0033]本制备方法采用常见工业原料，制备的可操作性强，可实现大规模工业化生产；
[0034]本制备方法在之前单片电池的基础上，提出了一种可用于串联的双极框架板结构，将集流体通过粘接或者焊接的形式固定在双极框架板上，将膏状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体钒电池的制备方法，所述固体钒电池包括极板、隔膜、端板；其特征在于，所述极板包括正单极板、负单极板和双极板，所述双极板是用双极框架板和集流体粘接或焊接而成，在所述双极板的两面均涂布有电极活性物质；所述集流体为复合导电塑料板，所述复合导电塑料板是用聚合物与导电物质混合，加热至180～320℃混匀，当物料转变为玻璃态后，将物料转入模具，把模具及物料一同加热后进行热压，然后淬冷得到光滑的薄片状的复合导电塑料板；所述聚合物为PVC、尼龙
‑
6、尼龙
‑
11、低聚度聚乙烯、高聚度聚乙烯、低聚度聚丙烯、高聚度聚丙烯中的一种或多种，所述导电物质为炭黑、石墨粉、石墨纤维中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的固体钒电池的制备方法，其特征在于，所述复合导电塑料板是用炭黑与石墨纤维按照重量比例为1：1～1：2的混合，炭黑与聚合物的重量比例为1：(6～8)；和/或所述复合导电塑料板的厚度为0.2～2mm。3.根据权利要求1所述的固体钒电池的制备方法，其特征在于，所述双极框架板是中空的矩形框架，中空部为凹槽，所述凹槽用以装载正负极膏状活性物质，通过改变凹槽的尺寸和高度以改变装载活性物质的量，得到不同容量的电池。4.根据权利要求1所述的固体钒电池的制备方法，其特征在于，在所述集流体上涂布有膏状的正极活性物质和/或负极活性物质，所述正极活性物质的制备方法为：量取总钒含量为5～7M、硫酸浓度1～4M的VOSO4：V2(SO4)3＝1:(0.9～1.1)的混合电解液，在此溶液中加入电解液体积(8～12)％的导电石墨和(8～12)％的PTFE乳液，搅拌混合成膏状物质；所述负极活性物质的制备方法为：量取总钒含量为5～7M、硫酸浓度6～9M的VOSO4：V2(SO4)3＝1:(0.9～1.1)混合电解液，在此溶液中加入电解液体积(8～12)％的导电石墨和(8～12...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟津红，黄若云，秦绍利，冯玉磊，
申请(专利权)人：北京阳光鸿志电气工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：