电池电极及其制备方法和包括该电池电极的钒液流电池技术

本发明专利技术涉及电池电极，该电极含有导电性多孔材料基体和聚合物，至少部分所述聚合物分布在部分导电性多孔材料基体的微孔中，分布在该部分导电性多孔材料基体的微孔中的聚合物将该导电性多孔材料基体分为上层、下层和具有隔液作用的中间层，其中该聚合物在中间层的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的７５重量％以上，该聚合物在上、下两层中的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的２５重量％以下。本发明专利技术还提供了包括该电池电极的钒液流电池，该钒液流电池由于消除了接触电阻，因而内阻低并且充放电效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种电池电极以及该电池电极的制备方法和包括该电池电极的钒液流电池。
技术介绍
钒液流电池是一种环境友好的新型储能系统和高效的能量转化装置，具有规模大、寿命长、成本低、效率高、无毒无害以及环境友好的特点。钒液流电池可以作为风能和太阳能发电系统中的大规模电能储存和高效转换设备使用；还可以用于电网的削峰填谷和平衡负荷，起到提高电能质量及电站运行稳定性的作用。 钒液流电池以不同价态的钒(V)离子溶液作为电池反应的活性物质，电池正极为V4+/V5+电对、负极为V2+/V3+电对，正负极电解液分别存放在两个储罐中，工作时通过泵将电解液打入电池。电极正负极之间用离子膜隔开，充放电时电池内部通过电解液中阳离子的定向迁移而导通。将一定数量的单电池串联成电池堆，即可输出额定功率的电流与电压。 在实际运用中，为了减小电池堆的体积，提高电池堆的一体化程度，通常使用导电双极板，并在导电双极板的两侧放置导电性多孔材料基体，例如石墨毡，作为反应基体，导电双极板具有隔液和导电的双重作用。导电双极板一般采用高密度石墨板或导电塑料板制成，结构较为复杂。 由于上述导电双极板通常在强酸性和强氧化性的环境中工作，因此对导电双极板材料的耐腐蚀性提出了很高的要求。同时，在电池装配过程中，为了保证整个装置的密封性，电池堆两侧常常需要施加较大的压力；但是，由于石墨材料本身脆性大，若石墨板的受力不均匀就极易造成石墨板破裂。并且导电双极板与导电性多孔材料基体之间的复合结构还会产生较大的接触电阻，使用过程中还极易发生导电性多孔材料基体脱落的问题。此外，作为导电双极板的高密度石墨板的造价较高，不利于降低电极的成本。综上所述，现有的由导电性多孔材料基体和导电双极板组成的复合电极存在的上述不足严重限制了钒液流电池的普及，开发新型的电池电极势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的导电性多孔材料基体与导电双极板组成的复合电极存在石墨板易破碎、导电性多孔材料基体易脱落并且电极的接触电阻较高的缺点，提供一种不易破碎、导电性多孔材料基体不会发生脱落并且消除了接触电阻的电池电极及其制备方法；本专利技术还进一步提供了一种包括上述电池电极的钒液流电池。 根据本专利技术提供的电池电极，其中，该电极含有导电性多孔材料基体和聚合物，至少部分所述聚合物分布在部分导电性多孔材料基体的微孔中，分布在该部分导电性多孔材料基体的微孔中的聚合物将该导电性多孔材料基体分为上层、下层和具有隔液作用的中间层，其中，该聚合物在中间层的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的75重量％以上，该聚合物在上、下两层中的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量4的25重量％以下。 本专利技术还提供了上述电池电极的制备方法，该方法包括使至少部分可聚合单体进入部分导电性多孔材料基体的微孔中，分布在该部分导电性多孔材料基体的微孔中的可聚合单体将该导电性多孔材料基体依次分为上层、中间层和下层三层，其中，该可聚合单体在中间层的含量占该可聚合单体在导电性多孔材料基体中的总含量的75重量％以上，该可聚合单体在上、下两层中的含量占该可聚合单体在导电性多孔材料基体中的总含量的25重量％以下；该方法还包括使所述可聚合单体聚合。 本专利技术还进一步提供了 一种钒液流电池，该电池包括电池电极和电解液，其中，所述电池电极为本专利技术提供的上述电池电极。 本专利技术提供的电池电极，通过将聚合物嵌入到导电性多孔材料基体中间层的微孔内，使得导电性多孔材料基体中间层的微孔被聚合物密闭，从而保证该部分导电性多孔材料基体具有隔液作用，有效起到阻隔电解液的作用；同时，由于导电性多孔材料基体仍然为一体结构，因此导电性多孔材料基体的导电性依然存在，从而该导电性多孔材料基体能够同时起到导电双极板的隔液和导电的作用。此外，由于聚合物填充在导电性多孔材料基体中间层的微孔中，与导电性多孔材料基体成为一个整体，使得本专利技术的电池电极在使用过程中避免了导电性多孔材料基体脱落以及产生接触电阻的问题。而且，由于聚合物的韧性好、弹性高并且具有良好的耐腐蚀性能，可以作为电极的隔液体并起到密封的作用；而导电性多孔材料基体的比表面积大，可以作为电池反应的载体，提供良好的化学反应活性和反应面积。因此，根据本专利技术的电池电极的结构紧凑、力学性能优异、密封性能良好、无接触电阻并且造价低。由此可见，根据本专利技术的电池电极可以克服上述由导电双极板与导电性多孔材料基体组成的复合电极存在的不足。附图说明 图1所示为根据本专利技术的电池电极的主视图； 图2所示为根据本专利技术的电池电极的俯视图； 图3所示为根据本专利技术的方法制备电池电极的一种典型的实施方式； 图4所示为制备本专利技术的电池电极的反应器的结构示意图； 图5所示为测定本专利技术的电池电极的体积电阻率的方法的示意图； 图6所示为测定本专利技术的电池电极的隔液性的方法的示意图。具体实施例方式根据本专利技术提供的电池电极，其中，该电极含有导电性多孔材料基体和聚合物，至少部分所述聚合物分布在部分导电性多孔材料基体的微孔中，分布在该部分导电性多孔材料基体的微孔中的聚合物将该导电性多孔材料基体分为上层、下层和具有隔液作用的中间层，其中，该聚合物在中间层的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的75重量％以上，该聚合物在上、下两层中的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的25重量％以下。 本专利技术在导电性多孔材料基体的部分微孔中引入聚合物，所述聚合物将该部分导电性多孔材料基体的微孔密闭，并且分布在该部分导电性多孔材料基体的微孔中的聚合物将该导电性多孔材料基体依次分为上层、中间层和下层三层。图1和图2所示为根据本专利技术的电池电极的主视图和俯视图，其中，导电性多孔材料基体11的比表面积大，具有很高的化学反应活性和反应面积，可以作为电池的电极反应的基体，并起到导电的作用；聚合物12具有良好的耐化学腐蚀性以及较高的力学性能，可以作为电池的隔液体与密封件，同时还能承受来自电池堆两侧的压力；并且聚合物12分布在导电性多孔材料基体11的中部，与导电性多孔材料基体11成为一个整体。由于根据本专利技术的电池电极的导电性多孔材料基体与聚合物之间无附加的粘结层，因此，本专利技术的电池电极可以克服现有的复合电极存在接触电阻并且石墨毡易脱落的缺陷。 本专利技术的导电性多孔材料基体的中间层中，至少部分聚合物嵌入导电性多孔材料基体，与导电性多孔材料基体融为一个致密的整体，其中，聚合物起到隔液的作用，而导电性多孔材料基体则起到导电的作用。因此，聚合物在中间层的含量应该占聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的75重量％以上，可以为75-100重量％，优选为90-100重量％;而聚合物在上层和下层的含量则占聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的25重量％以下，可以为0-25重量％，优选为0-10重量％ ;并且对于常规用作电池电极的反应基体的导电性多孔材料基体，由于反应基体的孔隙率较大、并且反应基体本身的密度较小，因此，中间层中聚合物与导电性多孔材料的重量比通常可以达到1 : 0.12-0. 18，在上述范围内导电性多孔材料基体的中间层的孔隙几乎全部被聚合物填满，这样可以使该电极具有隔液作用，以满足实际使用的要求。本专利技术实施例中制备的电池电极的隔液性均达到100%。 本专利技术的电池电极中聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池电极，其特征在于，该电极含有导电性多孔材料基体和聚合物，至少部分所述聚合物分布在部分导电性多孔材料基体的微孔中，分布在该部分导电性多孔材料基体的微孔中的聚合物将该导电性多孔材料基体分为上层、下层和具有隔液作用的中间层，其中，该聚合物在中间层的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的７５重量％以上，该聚合物在上、下两层中的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的２５重量％以下。

【技术特征摘要】
一种电池电极，其特征在于，该电极含有导电性多孔材料基体和聚合物，至少部分所述聚合物分布在部分导电性多孔材料基体的微孔中，分布在该部分导电性多孔材料基体的微孔中的聚合物将该导电性多孔材料基体分为上层、下层和具有隔液作用的中间层，其中，该聚合物在中间层的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的75重量％以上，该聚合物在上、下两层中的含量占该聚合物在导电性多孔材料基体中的总含量的25重量％以下。2. 根据权利要求1所述的电池电极，其中，所述中间层中，聚合物与导电性多孔材料基 体的重量比为1 : 0. 12-0. 18。3. 根据权利要求1或2所述的电池电极，其中，所述中间层的厚度占所述导电性多孔材 料基体总厚度的20-60%。4. 根据权利要求3所述的电池电极，其中，所述上、下两层的厚度比为1 : 1-1.3。5. 根据权利要求1所述的电池电极，其中，至少另一部分所述聚合物延伸至凸出于导 电性多孔材料基体的四周，所述凸出于该导电性多孔材料基体的四周的聚合物的量为所述 聚合物总量的15-25重量％。6. 根据权利要求1、2或5所述的电池电极，其中，所述聚合物的玻璃化转变温度为 70-90。C，断裂伸长率为20-100%。7. 根据权利要求6所述的电池电极，其中，所述聚合物为聚苯乙烯、聚偏氟乙烯或苯乙 烯与偏氟乙烯的共聚物。8. 根据权利要求1、2或5所述的电池电极，其中，所述导电性多孔材料基体为孔隙率为 50-95%的石墨毡。9. 一种权利要求1所述的电池电极的制备方法，其特征在于，该方法包括使至少部分 可聚合单体进入部分导电性多孔材料基体的微孔中，分布在该部分导电性多孔材料基体的微孔中的可聚合单体将该导电性多孔材料基体依次分为上层、中间层和下层三层，其中，该 可聚合单体在中间层的含量占该可聚合单体在导电性多孔材料基体中的总含量的75重 量％以上，该可聚合单体在上、下两层中的含量占该可聚合单体在导电性多孔材料基体中 的总含量的25重量％以下；该方法还包括使所述可聚合单体聚合。10. 根据权利要求9所述的制备方法，其中，使至少部分可聚合单体进入部分导电性 多孔材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一帆，葛菲，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]