【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料双极板的制备，尤其涉及一种用于全钒液流电池的复合材料双极板的制备方法。
技术介绍
1、双极板作为液流电池电堆中的关键材料之一，起到了支撑电极和离子膜、传导和收集充放电过程中产生的电流，阻隔两侧电解液等作用。因此理想的双极板需要具备良好的导电性、电化学稳定性、耐腐蚀性、以及一定的机械强度。
2、现有技术常通过采用不同尺寸以及不同维度的碳材料进行配合使用，从而在减少碳材料用量的同时提高导电率，其中大尺寸的石墨起到构成导电网络骨架的作用，大尺寸石墨间接触面积较大有助于降低导电碳材料之间的接触电阻，从而提高双极板的导电性能。小尺寸的碳材料具有较大的比表面积，可以作为次要填料填补石墨颗粒之间的孔隙，贯通导电通路，从而提高复合双极板的电导率。
3、为了解决碳材料与聚合物之间、碳材料与碳材料之间的混着问题，现有技术常采用熔融共混或者机械混合技术。其中熔融共混过程中大尺寸石墨容易在强剪切力下破碎，从而导致双极板的电导率下降、透气率上升；为了使碳材料达到良好的分散效果，实际生产中常需要进行多次熔融共混，这会导致有机高分子聚合物降解从而使双极板的弯曲强度下降；同时经过熔融共混的石墨表面会堆积大量的聚合物，模压过程中在压力的作用下会堆积在双极板的表面从而导致双极板的接触电阻提高，电导率下降；机械混合常采用球磨或三维混合仪进行混合，球磨混合会使一部分碳材料附着在石墨表面，从而无法起到贯通导电网络材料的效果，碳材料利用率较低；三维混合仪的剪切力太小无法对碳材料进行有效分散，从而导致双极板的弯曲强度、气密性、导
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于全钒液流电池的高导电性、高机械性能的复合材料双极板的制备方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种用于全钒液流电池的复合材料双极板的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）将石墨与有机高分子聚合物混合后球磨，得到有机高分子聚合物包覆石墨的主混料；
5、（2）有机高分子聚合物、碳材料、润滑剂、偶联剂混合搅拌，得到混合粉料；将混合粉料加入双螺杆挤出机熔融共混得到共混物，将共混物造粒，粉碎，过筛后得到母粒粉末；
6、（3）将主混料与母粒粉末混合、模压后得到用于全钒液流电池的复合材料双极板。
7、优选地，所述步骤（1）中，石墨为鳞片石墨或膨胀石墨或人造石墨中的任意一种，石墨的尺寸为32-150目；有机高分子聚合物为聚乙烯或聚丙烯或聚偏氟乙烯中的任意一种，有机高分子聚合物的粒度为1000-2000目，熔融指数为0.5-3g/10min。
8、优选地，所述步骤（1）中，有机高分子聚合物与石墨的质量比为1：10-20。
9、优选地，所述步骤（2）中，有机高分子聚合物与所述步骤（1）中的有机高分子聚合物种类相同；碳材料为石墨粉或炭黑或碳纳米管或科琴黑或石墨烯中的至少一种；润滑剂为聚乙烯蜡或石蜡或聚丙烯蜡或硬脂酸中的任意一种；偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。
10、优选地，所述步骤（2）中，有机高分子聚合物、碳材料、偶联剂和润滑剂的质量比为13-26.6：2-10：0.5-1：0.5-1。
11、优选地，所述步骤（2）中，母粒粉末的粒径为200-400目。
12、优选地，所述步骤（3）中，主混料与母粒粉末的质量比为0.4-0.6：0.6-0.4。
13、与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
14、现有的熔融共混技术会因剪切力过大而破坏石墨的结构，提高了石墨之间的接触电阻，增加了双极板中的缺陷，从而导致双极板的弯曲性能、气密性、导电性下降，而本专利技术首先将石墨与有机高分子聚合物混合后球磨，得到有机高分子聚合物包覆石墨的主混料，石墨不需要通过熔融共混来进行分散，保护了石墨的结构，从而提高了双极板的弯曲性能、气密性、导电性。
15、现有的熔融共混技术会在石墨表面包裹很厚的有机高分子聚合物层，这是因为有机高分子聚合物在熔体条件下具有较高的流动性。本专利技术利用球磨粒子之间的挤压、冲击、摩擦等物理作用，将少量有机高分子聚合物包覆在石墨的表面，减少了石墨表面聚合物层的厚度；并且通过制备母粒粉末，在聚合物中掺杂了大量的碳材料提高了聚合物的熔体黏度，另一方面控制母粒粉末的粒径在200-400目，抑制了聚合物在熔体状态下的流动性，从而降低了双极板的接触电阻。
16、现有的熔融共混技术为了实现不同维度碳材料的均匀混合，需要长时间熔融共混或是多次熔融共混，这会导致有机高分子聚合物的热降解，从而导致双极板的弯曲强度下降，以及更高的能耗与更低的生产效率，本专利技术通过步骤（1）以及步骤（2）实现了不同尺寸碳材料的分步混合，从而提高了混合效率，缩短了混合时间。
17、现有的单次混合技术如三维混合、球磨等技术无法同时实现聚合物、碳材料、石墨的均匀分散，从而导致双极板内缺陷较多，双极板的弯曲强度较低，电导率较低，本专利技术通过步骤（1）以及步骤（2）实现了不同尺寸碳材料的分步混合，实现了聚合物、碳材料、石墨的均匀分散，提高了双极板的弯曲强度和电导率。
18、本专利技术通过控制主混料以及母粒粉末的比例在1-1.5：1.5-1的范围时，制备出来的双极板，碳材料、聚合物及石墨的比例适宜，双极板内部缺陷较少，表面聚合物堆积较少，双极板的弯曲强度较高。
19、本专利技术采用串联双螺杆挤出机制备母粒粉末，相较于常见的啮合同向双螺杆挤出机具有更好的输送能力，能够减少熔融共混的时间防止聚合物的降解，相较于非啮合异向双螺杆挤出机具有更强的剪切力有助于碳材料分散在聚合物中。
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1.一种用于全钒液流电池的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，石墨为鳞片石墨或膨胀石墨或人造石墨中的任意一种，石墨的尺寸为32-150目；有机高分子聚合物为聚乙烯或聚丙烯或聚偏氟乙烯中的任意一种，有机高分子聚合物的粒度为1000-2000目，熔融指数为0.5-3g/10min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，有机高分子聚合物与石墨的质量比为1：10-20。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，有机高分子聚合物与所述步骤（1）中的有机高分子聚合物种类相同；碳材料为石墨粉或炭黑或碳纳米管或科琴黑或石墨烯中的至少一种；润滑剂为聚乙烯蜡或石蜡或聚丙烯蜡或硬脂酸中的任意一种；偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，有机高分子聚合物、碳材料、偶联剂和润滑剂的质量比为13-26.6：2-10：0.5-1：0.5-1。
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7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，主混料与母粒粉末的质量比为1-1.5：1.5-1。
...【技术特征摘要】
1.一种用于全钒液流电池的复合材料双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，石墨为鳞片石墨或膨胀石墨或人造石墨中的任意一种，石墨的尺寸为32-150目；有机高分子聚合物为聚乙烯或聚丙烯或聚偏氟乙烯中的任意一种，有机高分子聚合物的粒度为1000-2000目，熔融指数为0.5-3g/10min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，有机高分子聚合物与石墨的质量比为1：10-20。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，有机高分子聚合物与所述步骤（1）...
【专利技术属性】
技术研发人员：张天舒，秦妍，张琦，钟钰昕，王淑坤，袁玉慧，王琳琳，张明昌，
申请(专利权)人：山东海化集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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