專利名稱：一體化電極集流板，其制備方法及包括其的液流電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及液流電池領域，尤其是涉及一種一體化電極集流板，及其制備方法及包括該一體化電極集流板的液流電池。
背景技術：
全釩氧化還原液流電池是氧化還原液流電池的一種，具有使用壽命長，能量轉化效率高，安全性高，環境友好等優點，能用于風能發電和光伏發電配套的大規模儲能系統， 是電網削峰填谷、平衡負載的主要選擇之一。全釩氧化還原液流電池分別以不同價態的釩離子電對V2+/V3+和V4+/V5+作為電池的正負兩極的氧化還原電對，將正負極電解液分別存儲于兩個儲液罐中，由耐酸液體泵驅動活性電解液至提供反應場所的電池堆再回至儲液罐中形成循環液流回路，以實現充放電過程。在整個全釩氧化還原液流電池儲能系統中，電池堆性能的好壞決定著整個系統的充放電性能，尤其是充放電功率。電池堆是由多片單電池依次疊放壓緊，串聯而成。如圖1 所示，在圖1中給出了一種現有技術中常用的單片電池組裝示意圖，如圖1所示，單體電池 5中包括液流框1，集流板2，電極3，隔膜4。在實際應用中，導電集流板具有阻隔正負極電解液和電子導電的作用，集流板主要有金屬集流板、導電塑料集流板及石墨板等；在導電集流板的兩側放置導電性多孔材料 (如石墨氈)作為反應電極；并通過熱壓或粘接等方式將電極材料和集流板連在一起。但是，通過這種方式制得的復合結構具有一定的接觸電阻。另外，由于在電池使用過程中受到電解液的沖刷后，這種電極和集流板的界面容易出現惡化，從而進一步加大接觸電阻，甚至在使用過程中還可能發生導電多孔材料脫落的問題。如中國專利，公開號為CN101752565A中給出了一種“電池電極及其制備方法和包括該電池電極的釩液流電池”，在該專利中提供了一種電池電極的制備方法，其是通過反應使預先浸入多孔材料中間層的熱塑性聚合物單體發生聚合，從而原位制備出中間層為聚合物/導電多孔材料的復合材料，上下層均為導電多孔材料的三明治結構的一體化電極雙極板。采用這種方法所制備的電池電極雖然能夠有效地消除電極與集流板之間的接觸電阻，但是先將熱塑性聚合物單體浸入到多孔材料中間層后，再在反應釜中引發預浸入多孔材料中間層的聚合物單體發生反應，這種聚合反應所要求的工藝較為復雜，且聚合過程中必然伴隨副反應的發生，而所生產的副產物或低分子量聚合物會影響材料的整體力學性能和耐蝕性能，不利于延長電池組的壽命。
發明內容
本發明目的在于克服現有技術不足，提供一種一體化電極集流板的制備方法，該方法工藝上簡單，容易實現，而且，通過該方法所制備的一體化電極集流板能夠明顯降低多孔電極與集流板間的接觸電阻，提高一體化電極集流板的機械性能。
為此，在本發明中提供了一種一體化電極集流板的制備方法，該一體化電極集流板包括集流板；第一電極層，位于集流板一側；第二電極層，位于集流板遠離第一電極層的一側；其中，所述一體化電極集流板的制備方法包括A.在多孔導電電極材料的中間部分浸漬樹脂材料形成具有隔液體作用的集流板，并通過集流板將多孔導電電極材料分割為所述第一電極層和所述第二電極層8 ；或者B.選取兩塊結構對稱的多孔導電電極材料；分別將兩塊多孔導電電極材料的一側浸漬所述樹脂材料，浸漬樹脂材料的一側形成集流板前體；將兩塊多孔導電電極材料中集流板前體相貼形成所述集流板，集流板的兩側未浸漬樹脂材料的部分形成第一電極層和第二電極層。進一步地，上述方法 進一步包括在向多孔導電電極材料中浸漬樹脂材料前，在形成集流板的相應位置上鉆取多條供樹脂材料流通的通孔。進一步地，上述通孔包括第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔交替排布；一體化電極集流板的制備方法進一步包括將多孔導電電極材料密封，露出第一通孔與第二通孔的兩端開口 ；封堵第一通孔，向第二通孔中浸漬樹脂材料，至樹脂材料從第二通孔的浸漬末端流出為止；持續浸漬樹脂材料，密封第二通孔的浸漬末端，將第一通孔逐漸疏通。進一步地，上述浸漬樹脂的過程中施加0 IOMPa的壓力，第一通孔的疏通速度為 0. 1 100mm/mino進一步地，上述通孔的孔徑為集流板厚度的0. 05 0. 8倍。進一步地，上述樹脂材料為熱固性樹脂，浸漬樹脂材料的步驟進一步包括在室溫 180°C，0 3MPa下，將熱固性樹脂浸漬到多孔導電電極材料的預定位置，浸漬0. 25 120min,在室溫 150°C，固化反應0. 5 96h，形成集流板。進一步地，上述樹脂材料為熱塑性樹脂，浸漬樹脂材料的步驟進一步包括在 120 390°C，0. 1 IOMPa下，將熱塑性樹脂浸漬到多孔導電電極材料的預定位置，浸漬 0. 25 120min，浸漬完成后冷卻至室溫，形成集流板。進一步地，上述浸漬樹脂材料的步驟進一步包括在樹脂材料加入溶劑，降低樹脂材料浸漬時的粘度；將樹脂材料混合物浸漬到多孔導電電極材料的預定位置；完成浸漬后，烘干使溶劑揮發。本發明的另一方面提供了一種一體化電極集流板，包括集流板，第一電極層和第二電極層，一體化電極集流板的集流板與第一電極層之間，以及集流板與第二電極層之間為一體化結構，或者該電極集流板的集流板、第一電極層和第二電極層三者之間為一體化結構，該電極集流板由上述制備方法制備而成。同時，在本發明中還提供了一種液流電池，其包括一個或多個上述一體化電極集流板。本發明的有益效果本發明所提供的一體化電極集流板的制備方法，工藝簡單，由其所制備的一體化電極集流板能夠明顯降低多孔電極與集流板間的接觸電阻，且機械性能更為優異。除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。 下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
附圖構成本說明書的一部分、用于進一步理解本發明，附圖示出了本發明的優選實施例，并與說明書一起用來說明本發明的原理。圖中圖1示出了現有技術中常用的單片電池組裝示意圖；圖2示出了根據本發明實施例的一體化電極集流板的結構示意圖；圖3示出了根據本發明實施例的一體化電極集流板的使用狀態結構示意
圖4示出了根據本發明第二種實施例中一體化電極集流板第一種狀態時的結構示意圖；圖5示出了根據本發明第二種實施例中一體化電極集流板第二種狀態時的結構示意圖；圖6示出了根據本發明第三種實施例中一體化電極集流板的結構示意圖；圖7示出了根據本發明第四種實施例中一體化電極集流板的結構示意圖；以及圖8a示出了根據本發明第四種實施例中一體化電極集流板的浸漬過程的第一狀態示意圖；圖8b示出了根據本發明第四種實施例中一體化電極集流板的浸漬過程第二狀態示意圖
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明的實施例中的技術方案進行詳細的說明，但如下實施例以及附圖僅是用以理解本發明，而不能限制本發明，本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。如圖2和圖3所示，圖2和圖3中示出了一種一體化電極集流板的結構，這種一體化電極集流板包括集流板6、第一電極層7和第二電極層8。集流板6具有隔液作用。第一電極層7位于集流板6的一側；第二電極層8位于集流板6遠離第一電極層7的一側。在本發明的一種典型的實施方式中，具有這種結構的一體化電極集流板通過在多孔導電電極材料的中間部分浸漬樹脂材料形成具有隔液體作用的集流板6，并通過集流板 6將多孔導電電極材料分為第一電極層7和所述第二電極層8。在浸漬樹脂的過程中，集流板6中樹脂嵌入多孔導電電極材料中，與多孔導電電極材料形成一個致密的整體，其中樹脂起隔液和增強的作用，可作為集流板使用，而上下電極層導電多孔材料則起導電的作用并保證液流電池的充放電反應。本發明中所指的浸漬方法主要指液態或熔融態的樹脂材料進入多孔材料的過程。 通過在上述的浸漬樹脂的過程中，使得樹脂浸漬在多孔導電電極材料相應的集流板6，與多孔導電電極材料形成一個致密的整體，其中樹脂起隔液和增強的作用。其中，集流板6的厚度d為多孔導電電極材料厚度的0. 2 0. 8倍，集流板6的厚度只要能夠保證將第一電極層7和第二電極層8完全隔離，同時保證第一電極層7和第二電極層8具有足夠的厚度，以實現液流電池中充放電反應即可。一種較為具體的制作方法中，將上述多孔導電電極材料除預備形成集流板6外的其他部分的外周遮擋密封，這種遮擋密封能夠避免多孔導電電極材料外部的樹脂進入到第一電極層7和第二電極層8中，同時，還能夠為從中間部位進入到多孔導電電極材料中的樹脂起到一個導向的作用，便于樹脂選擇性的朝向未遮擋密封的部分流動，進而形成本發明所提供的一體化電極集流板。
在上述的浸漬樹脂的過程中，為了提高浸漬效率，可以對浸入樹脂一端施加一定的壓力。這種施壓的方法按照本領域常用的方法實現即可，施壓時所施加的壓力為0 lOMPa。如圖4和圖5所示，在本發明的另一種典型的實施方式中，上述一體化電極集流板的制備方法中，形成集流板6的步驟，進一步包括選取兩塊結構對稱的多孔導電電極材料，分別將兩塊多孔導電電極材料的一側浸漬樹脂材料；浸漬樹脂材料的一側形成集流板前體；將兩塊多孔導電電極材料中集流板前體相貼形成集流板6，集流板6的兩側未浸漬所述樹脂材料的部分形成第一電極層7和第二電極層8。在采用這種方式制備上述一體化電極集流板的過程中，使得向多孔導電電極材料中浸漬樹脂材料 變得簡單易行，完成浸漬后， 將浸漬有樹脂材料的一側通過粘接或者壓制的方式固定在一起即可形成集流板6。雖然在這種實施方式中也采用了粘接或壓制的方法，但是由于粘接或者壓制的部分是位于集流板 6的中部，也就是集流板的中部，其并不與電解液直接接觸，也就不會造成如背景部分所指出的由于和電解液接觸后造成界面惡化，而進一步增大的接觸電阻的問題。一種較為具體的制作方法中，將上述兩塊多孔導電電極材料除預備形成集流板6 的部分外的其他部分的外周遮擋密封，進而形成本發明所提供的一體化電極集流板。在這種實施方式中，也可以通過施加一定的壓力的方式提高樹脂的浸漬效率。此時，所施加的壓力為0 lOMPa。如圖6所示，在本發明的一種具體的實施方式中，上述一體化電極集流板的制備方法中，進一步包括，在向多孔導電電極材料中浸漬樹脂材料前，在多孔導電電極材料預備形成集流板6的位置上設置鉆取多條供樹脂材料流通的通孔9。這種供樹脂材料流通的通孔9的鉆取有利于促使樹脂材料流入到預定位置形成集流板6，以實現隔液的目的。優選地，上述供樹脂材料流通的流道的孔徑為浸漬層的0. 05 0. 8倍。在此范圍內，在能夠保證樹脂材料流入多孔導電電極材料中形成集流板6的基礎上保證集流板6的強度，進而保證這種一體化電極集流板的使用有效性以及使用壽命。如圖7所示，在本發明的一種具體的實施方式中，上述一體化電極集流板的制備方法中，通孔9包括第一通孔91以及第二通孔92。第一通孔91和第二通孔92為交替設置的多個。兩者可以是形狀相同的通孔，也可以是形狀不同的通孔。為了便于理解第一通孔 91和第二通孔92的具體作用，以圖7中結構作簡單介紹，在圖7中以橢圓形通孔代表第一通孔91，以方形的通孔代表第二通孔92。如圖8a和圖8b所示，在上述一體化電極集流板的制備方法中，形成集流板6的步驟進一步包括將多孔導電電極材料的外周全部遮擋密封，僅露出第一通孔91與第二通孔 92的兩端開口 ；封堵第一通孔91，向第二通孔92中浸漬樹脂材料，至樹脂材料從第二通孔 92的浸漬末端流出為止，當樹脂材料從第二通孔92的浸漬末端流出就視為第二通孔92中已經填滿樹脂材料；在本發明中可以采用多種方式封堵第一通孔91，一種簡單而具體的方式為，通過使用與第一通孔91內徑相匹配的管柱將第一通孔91填滿，起到防止樹脂流入被填滿的第一通孔91的作用就可以。在第二通孔92被填滿樹脂材料后，持續浸漬樹脂材料， 密封第二通孔92的浸漬末端，將第一通孔91逐漸疏通。采用這種制備方法的時候，通過密封多孔導電電極材料以及封堵第一通孔91，使得樹脂材料僅能從流通的第二通孔的浸漬前端流向浸漬末端，形成固定的流路，再通過密封第二通孔92的浸漬末端，改變樹脂材料的流通方向，使得樹脂材料逐漸從第二通孔92向其鄰近的第一通孔91擴散，隨著第一通孔91從浸漬末端朝向浸漬前端被逐漸疏通，樹脂材料從第一通孔的浸漬末端流出，并逐漸向浸漬前端擴散，至第一通孔91被完全疏通后，樹脂材料從第一通孔的浸漬前端流出。這種方法能夠使得樹脂材料浸漬均勻，分布均勻，進而使得集流板6更好地實現隔液的作用。當第一通孔91是通過使用與第一通孔91內徑相匹配的管柱將第一通孔91填滿進而封堵時，疏通所述第一通孔91只需按照一定的速度將管柱從浸漬前端逐漸抽出即可。 優選地，在浸漬樹脂的過程中施加0 IOMPa的壓力，第一通孔的疏通速度為
0.1 lOOmm/min。在樹脂浸漬速度與第一通孔的疏通速度協同配合的情況下，更有利于使得樹脂材料浸漬均勻，分布均勻，進而使得集流板6更好地實現隔液的作用。在本發明的一種具體的實施方式中，通孔9的孔徑為集流板厚度的0. 05 0. 8 倍。優選地，通孔9的孔徑一般應大于0.5mm，以防止沿通孔9中浸漬方向上阻力過大。第一通孔91與第二通孔92之間的最短距離小于等于1mm，以使樹脂在此段內能夠有效擴散。在本發明的另一種具體的實施方式中，上述一體化電極集流板的制備方法中，多孔導電電極材料可以為石墨氈、具有足夠反應活性的導電多孔陶瓷、耐蝕性能良好且具有足夠反應活性的多孔金屬材料等多種，優選地，多孔導電電極材料的孔隙率為85% ；上述一體化電極集流板的制備方法中樹脂材料可以為熱固性樹脂，也可以為熱塑性樹脂，樹脂材料在浸漬時的粘度為0. 01 5000Pa. s。將多孔導電電極材料的孔隙率以及樹脂材料的粘度控制在該范圍內，有利于實現樹脂材料浸漬到多孔導電電極材料中的預定位置形成集流板，同時又可以防止反應層中浸入過多的樹脂，對于本領域技術人員而言，根據樹脂材料的粘度能夠合理選擇浸漬樹脂的時間。在本發明中，樹脂材料的粘度可以通過添加稀釋劑或溶劑的方式進行調整。可選的稀釋劑包括但不限于甲苯、乙醇、丙酮、丁醇、二丁酯等。可選的溶劑包含但不僅限于甲苯、二甲苯、氯仿、三氯乙烯、乙酸乙酯、N-N 二甲基甲酰胺及N-N 二甲基乙酰胺等。在本發明中稀釋劑或溶劑只要在完成浸漬后，能夠揮發皆可。在采用添加稀釋劑或溶劑的方式調整樹脂材料的粘度時，浸漬樹脂材料的步驟進一步包括在樹脂材料加入溶劑或稀釋劑，形成樹脂材料混合物；將所述樹脂材料混合物浸漬到所述多孔導電電極材料的預定位置；完成浸漬后，烘干使所述溶劑揮發，上述的稀釋劑或溶劑可以在50 280°C下烘干Imin 48h揮發即可。在本發明的另一種具體的實施方式中，樹脂材料為熱固性樹脂時，形成上述一體化電極集流板的集流板6的步驟進一步包括在室溫 180°C，將熱固性樹脂浸漬到多孔導電電極材料的預定位置，浸漬0. 25 120min，在室溫 150°C，固化反應0. 5 96h形成集流板。在實際操作過程中也可以施加0 3MPa的壓力，以提高樹脂材料的浸漬速度。在本發明中可以采用的熱固性樹脂包含但不限于環氧樹脂、雙馬樹脂等。針對不同種類的樹脂材料，浸漬溫度及時間、固化溫度及時間、以及施加壓力會有所不同，但需要確保在所選條件下樹脂材料的粘度處于0. 01 lOOPa. s的范圍。優化的，樹脂材料的粘度為0. 15
1.OPa. s時，可以更好的完成集流板樹脂的浸漬。對于本領域技術人員而言，在本發明申請的教導下，能夠根據熱固性樹脂的性能選擇適合的條件。在上述形成上述一體化電極集流板的集流板6的步驟中進一步包括加入的固化齊U，其中固化劑包括但不限于甲基六氫鄰苯二甲酸酐、上海樹脂廠的548型固化劑等。固化劑的加入一方面有利于固化反應，另一方面還可有效降低環氧體系的粘度。優選的 ，當選取兩塊結構對稱的多孔導電電極材料，分別將兩塊多孔導電電極材料的一側浸漬樹脂材料的情況下，在室溫 180°C，常壓下將熱固性樹脂浸漬到多孔導電電極材料的預定位置，浸漬時間為0. 25min 120min，在室溫 150°C，預成型5min 6h。之后將上述兩塊電極材料的預浸漬端機械壓制在一起，保持壓制于0. 5 IOMPa下，室溫 150°C完成固化即可制得一體化集流板。在本發明的另一種具體的實施方式中，樹脂材料為熱塑性樹脂時，形成上述一體化電極集流板的集流板的步驟進一步包括在120 390°C，將熱塑性樹脂浸漬到多孔導電電極材料的預定位置，浸漬0. 25 120min，浸漬完成后冷卻至室溫。在使用樹脂材料為熱塑性樹脂時，浸漬溫度至少高于這種樹脂材料的熔融溫度，但低于其分解溫度。冷卻的過程可以設定一定的外界條件，如降溫速率等，也可以僅是空冷即可。在實際操作過程中也可以施加0. 1 IOMPa的壓力，以提高樹脂材料的浸漬速度。上述熱塑性樹脂優選采用是耐酸性良好、隔液性能佳且具有足夠強度的任意熱塑性聚合物材料，包含但不限于聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。針對不同種類的樹脂材料，浸漬溫度、浸漬時間、浸漬速度以及施加壓力會有所不同，但需要確保在所選條件下樹脂材料的粘度處于 0. 01 5000Pa. s的范圍。優化的，樹脂粘度處于1. 0 500Pa. s時，可以更好的完成集流板樹脂的浸漬。對于本領域技術人員而言，在本發明申請的教導下，能夠根據熱塑性樹脂的性能選擇適合的條件。優選的，當選取兩塊結構對稱的多孔導電電極材料，分別將兩塊多孔導電電極材料的一側浸漬樹脂材料的情況下，在120 390°C，常壓下將熱塑性樹脂浸漬到多孔導電電極材料的預定位置，浸漬0. 25 120min，浸漬完成后冷卻至室溫。之后將上述兩塊電極材料的預浸漬端機械壓制在一起，保持壓制于0. 5 IOMPa下，室溫 150°C完成固化即可制
得一體化集流板。在本發明的另一種具體的實施方式中，上述一體化電極集流板的制備方法中，所采用的樹脂材料可以是純樹脂，也可以包含樹脂增強劑，所采用的樹脂增強劑包括但不限于晶須、蒙脫土、無機納米顆粒和碳納米管中的一種或多種。增強劑占樹脂總質量的 0. 02 30%。增強劑的加入，可以進一步提高樹脂浸漬部分材料的力學性能，從而在相同電池裝配條件下減小浸漬層(集流板層)的厚度，并進一步減小內阻。增強劑在樹脂內部的分散可以是本領域技術人員結合其掌握的基本知識所能獲得的各種方法。在本發明的一種典型實施方式中，還提供了一種一體化電極液流板，該一體化電極集流板包括集流板6，第一電極層7和第二電極層8，集流板6與第一電極層7之間，以及集流板6與第二電極層8之間為一體化結構，或者集流板6、第一電極層7和第二電極層8 三者之間為一體化結構，一體化電極集流板由上述制備方法制備而成。在本發明的一種典型實施方式中，還提供了一種液流電池，這種液流電池中包括一個或多個一體化電極集流板。在實際操作過程中，將上述一體化電極集流板制備成如圖 3中的結構，即將第一電極層以及第二電極層的兩邊多余的部分剪切掉后露出集流板部分， 將集流板的兩端安裝在液流電池中液流框中即可。以下將結合實施例1-8進一步說明本發明一體化電極集流板的制備方法的有益效果。實施例1-8僅為舉例說明，其并不能限定本發明的保護范圍，對于本領域技術人員而言，在本發明的啟示與教導下，能夠通過合理的選擇樹脂材料，并根據樹脂材料的粘度選擇適當的浸漬時間。 實施例1原料浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率65%，尺寸為35 X 35 X 4毫米X兩塊。 選用浸漬樹脂為雙酚A環氧樹脂(石家莊惠利化工)，固化劑為548型固化劑(上海樹脂廠)。操作步驟選取兩塊結構對稱的多孔導電電極材料，分別將兩塊多孔導電電極材料的一側分別在90°C，常壓下浸入樹脂材料和固化劑按重量比1 1.5混勻得到的混合物， 浸漬層高度約為2毫米，浸漬30min后，將兩塊多孔導電電極材料浸漬有樹脂材料的一側以 2MPa的壓力相貼，并于室溫條件下進行固化反應96小時后即制得一體化電極集流板。實施例2原料浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率65%，尺寸為35 X 35 X 6毫米。選用浸漬樹脂為雙酚A環氧樹脂(石家莊惠利化工)，固化劑為548型固化劑(上海樹脂廠)；增強劑為碳納米管。操作步驟在多孔導電電極材料預備形成集流板的相應位置上鉆取多條供樹脂材料流通的通孔，通孔的孔徑為集流板厚度的0. 05倍。將樹脂、固化劑與增強劑按重量比 1 1.5 0.01混勻后，在180°C，0.6MPa的壓力下，浸漬到多孔導電電極材料的中間部分， 浸漬層高度約為3毫米，浸漬0. 25min,浸漬完成后置于室溫下進行固化反應96小時后制得一體化電極集流板。實施例3原料選用浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率85%，尺寸為35 X 35 X 8毫米。選用浸漬樹脂為酚醛環氧樹脂(無錫樹脂廠)，固化劑為甲基六氫鄰苯二甲酸酐(MeHHPA，沈陽東南化工研究所)，此固化劑粘度為0. 05Pa. s。操作步驟在室溫下，將樹脂與固化劑按重量比1 1混勻形成粘度為0. 25Pa. s 的混合物后，浸漬到多孔導電電極材料的中間部分，浸漬層高度約為4毫米，浸漬120min， 浸漬完成后置于150°C條件下進行固化反應0. 5小時后制得一體化電極集流板。實施例4原料選用浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率85%，尺寸為35 X 35 X 8毫米。選用浸漬樹脂為酚醛環氧樹脂(無錫樹脂廠)，固化劑甲基六氫鄰苯二甲酸酐(MeHHPA，沈陽東南化工研究所)，增強劑為碳納米管。操作步驟在多孔導電電極材料預備形成集流板的相應位置上鉆取多條供樹脂材料流通的通孔，通孔的孔徑為集流板厚度的0. 8倍。將通孔分為相互交錯排布的第一通孔和第二通孔；將多孔導電電極材料密封，露出第一通孔與第二通孔的兩端開口 ；封堵第一通孔，將樹脂、固化劑與增強劑按重量比1 1.5 0.01混勻后，在50°C下，向第二通孔中浸漬該樹脂材料，至樹脂材料從所述第二通孔的浸漬末端流出為止；持續浸漬樹脂材料，密封第二通孔的浸漬末端，將第一通孔由浸漬末端朝向浸漬前端逐漸以0. lmm/min的速度逐漸疏通，至樹脂從第一通孔浸漬前端流出后，再浸漬0. 25分鐘，在100°C下，固化反應24h后制得一體化電極集流板。
實施例5原料浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率80%，尺寸為35 X 35 X 8毫米。選用浸漬樹脂為高密度聚乙烯。操作步驟使用擠出機或注塑機對高密度聚乙烯進行熔融處理，熔融溫度270°C， 剪切速率IX IO3s-1,在IOMPa的壓力下，將熱塑性樹脂浸漬到多孔導電電極材料的集流板位置，浸漬層高度約為4毫米，浸漬約120min，冷卻至室溫即制得一體化電極集流板。實施例6 原料浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率80%，尺寸為35 X 35 X 4毫米X兩塊。 選用浸漬樹脂為高密度聚乙烯，增強劑為蒙脫土，蒙脫土與樹脂重量比為0.1 1混合。操作步驟使用擠出機或注塑機對高密度聚乙烯進行熔融處理，熔融溫度330°C， 剪切速率2 X ΙΟ、—1。選取兩塊結構對稱的多孔導電電極材料，分別將兩塊多孔導電電極材料的一側在IOMPa的壓力下浸漬樹脂混合物，浸漬層高度約為2毫米，浸漬0. 25min后，將兩塊多孔導電電極材料浸漬有樹脂材料的一側以2MPa的壓力相貼，冷卻至室溫即制得一體化電極集流板。實施例7原料浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率85%，尺寸為35 X 35 X 6毫米。選用浸漬樹脂為聚丙烯，增強劑為蒙脫土，蒙脫土與樹脂重量比為0.1 1混合。操作步驟在多孔導電電極材料預備形成集流板的相應位置上鉆取多條供樹脂材料流通的通孔，通孔的孔徑為集流板厚度的0. 2倍。在280°C，3MPa的壓力下，浸漬到多孔導電電極材料的中間部分，浸漬層高度約為3毫米，浸漬2min，冷卻至室溫制得一體化電極集流板。實施例8原料浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率85%，尺寸為35 X 35 X 6毫米。選用浸漬樹脂為聚丙烯，增強劑為蒙脫土，蒙脫土與樹脂重量比為0.1 1形成樹脂混合物。操作步驟在多孔導電電極材料預備形成集流板的相應位置上鉆取多條供樹脂材料流通的通孔，通孔的孔徑為集流板厚度的0. 4倍。將通孔分為相互交錯排布的第一通孔和第二通孔；將多孔導電電極材料密封，露出第一通孔與第二通孔的兩端開口 ；封堵第一通孔，在280°C下，3MPa的壓力下向第二通孔中浸漬所述樹脂材料，至樹脂材料從所述第二通孔的浸漬末端流出為止；持續浸漬樹脂材料，密封第二通孔的浸漬末端，將第一通孔由浸漬末端朝向浸漬前端逐漸以lOOmm/min的速度逐漸疏通，至樹脂從第一通孔浸漬前端流出后，再浸漬0. 25分鐘后冷卻至室溫即可。對比例1原料選用浸漬多孔導電材料為石墨氈，孔隙率85%，尺寸為35*35*6毫米。單體為聚丙烯單體。制備方法為現有技術中常用方法，可參見公開號為CN101752565A的中國專利。將實施例1-6所制備的一體化電極集流板與對比例所制備的一體化電極集流板分別進行測試，測試結果列入表1。表 權利要求
1.一體化電極集流板的制備方法，所述一體化電極集流板包括集流板(6)；第一電極層(7)，位于所述集流板(6) —側；第二電極層(8)，位于所述集流板(6)遠離所述第一電極層(7)的一側；其特征在于，所述一體化電極集流板的制備方法為A.在多孔導電電極材料的中間部分浸漬樹脂材料形成具有隔液體作用的集流板(6)， 并通過所述集流板(6)將所述多孔導電電極材料分割為所述第一電極層(7)和所述第二電極層⑶；或者B.選取兩塊結構對稱的多孔導電電極材料；分別將兩塊多孔導電電極材料的一側浸漬所述樹脂材料，浸漬所述樹脂材料的一側形成集流板前體；將兩塊多孔導電電極材料中集流板前體相貼形成所述集流板(6)，所述集流板(6)的兩側未浸漬所述樹脂材料的部分形成所述第一電極層(7)和所述第二電極層(8)。
2.根據權利要求1所述的一體化電極集流板的制備方法，其特征在于，所述制備方法A 或制備方法B進一步包括在向所述多孔導電電極材料中浸漬所述樹脂材料前，在形成所述集流板的相應位置上鉆取多條供所述樹脂材料流通的通孔(9)。
3.根據權利要求2所述的一體化電極集流板的制備方法，其特征在于，所述通孔(9)包括第一通孔(91)和第二通孔(92)，所述第一通孔(91)和第二通孔(92)交替排布；所述一體化電極集流板的制備方法進一步包括將所述多孔導電電極材料密封，露出第一通孔(91)與第二通孔(92)的兩端開口 ；封堵所述第一通孔(91)，向所述第二通孔(92)中浸漬所述樹脂材料，至所述樹脂材料從所述第二通孔(92)的浸漬末端流出為止；持續浸漬所述樹脂材料，密封所述第二通孔(92)的浸漬末端，將所述第一通孔(91)逐漸疏通。
4.根據權利要求3所述的一體化電極集流板的制備方法，其特征在于，浸漬樹脂的過程中施加O IOMPa的壓力，所述第一通孔(91)的疏通速度為0. 1 100mm/min。
5.根據權利要求2所述的一體化電極集流板的制備方法，其特征在于，所述通孔(9)的孔徑為集流板厚度的0. 05 0. 8倍。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的一體化電極集流板的制備方法，其特征在于，所述樹脂材料為熱固性樹脂，浸漬所述樹脂材料的步驟進一步包括在室溫 180°C，將所述熱固性樹脂浸漬到所述多孔導電電極材料的預定位置，浸漬0. 25 120min，在室溫 150°C，固化反應0.5 96h，形成所述集流板(6)。
7.根據權利要求1-5中任一項所述的一體化電極集流板的制備方法，其特征在于，所述樹脂材料為熱塑性樹脂，浸漬所述樹脂材料的步驟進一步包括在120 390°C，將所述熱塑性樹脂浸漬到所述多孔導電電極材料的預定位置，浸漬 0. 25 120min，浸漬完成后冷卻至室溫，形成所述集流板(6)。
8.根據權利要求6或7所述的一體化電極集流板的制備方法，其特征在于，浸漬所述樹脂材料的步驟進一步包括在所述樹脂材料加入溶劑，形成樹脂材料混合物；將所述樹脂材料混合物浸漬到所述多孔導電電極材料的預定位置； 完成浸漬后，烘干使所述溶劑揮發。
9.一體化電極集流板，包括集流板(6)，第一電極層(7)和第二電極層(8)，其特征在于，所述集流板(6)與第一電極層(7)之間，以及集流板(6)與第二電極層(8)之間為一體化結構，或者所述集流板(6)、第一電極層(7)和第二電極層(8)三者之間為一體化結構，所述一體化電極集流板由權利要求1-9中任一項所述的制備方法制備而成。
10.一種液流電池，其特征在于，包括一個或多個權利要求9所述的一體化電極集流板。
全文摘要
本發明公開了一種一體化電極集流板，其制備方法及包括其的液流電池，其中一體化電極集流板的制備方法為A.在多孔導電電極材料的中間部分浸漬樹脂材料形成具有隔液體作用的集流板，或者B.選取兩塊結構對稱的多孔導電電極材料；分別將兩塊多孔導電電極材料的一側浸漬樹脂材料，浸漬樹脂材料的一側形成集流板前體；將兩塊多孔導電電極材料中集流板前體相貼形成集流板，該集流板的兩側未浸漬樹脂材料的部分形成第一電極層和第二電極層。該方法工藝上簡單，容易實現，而且，通過該方法所制備的一體化電極集流板能夠明顯降低多孔電極與集流板間的接觸電阻，提高一體化電極集流板的機械性能。
文檔編號H01M8/18GK102361091SQ20111032782
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者劉虹邑, 李婷, 殷聰, 湯浩, 胡蘊成, 謝光有 申請人:中國東方電氣集團有限公司