一种静态钒电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种静态钒电池系统，其包括串联的多个单体电池单元，各单体电池单元包括两个电池板框、集流体、电极材料、电解质、密封组件、隔膜，两个电池板框并列，并列的两个电池板框的外侧为集流体，且集流体和电池板框的一侧粘结在一起，两个电池板框之间设有隔膜，隔膜两侧由密封组件包裹，密封组件与电池板框另一侧连接，电极材料处于电池板框内侧腔体内，电解质均匀分布于电极材料上，并在最外侧由外端板和紧固件紧固密封，其中电池正负极耳处于最外侧串联电池单体的集流体一侧，并与之紧密连接，正负极耳的外侧为外端板，每个电池框体上有正负极排气通道及注液孔，外端板上设有联通电池框体内部正负极排气通道的安全阀。

【技术实现步骤摘要】
一种静态钒电池系统
本专利技术涉及高能凝胶态钒电池制备领域，具体地涉及一种静态钒电池系统及其装配方法。
技术介绍
全钒液流电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池电能以不同价态钒离子的硫酸电解液中，充放电过程中，通过外接泵把电解液从储液罐压入电池堆体内，通过电池堆体内的电子传导，实现化学能与电能的相互转换。全钒液流电池充放电时无物相变化，电池使用寿命长；充放电性能好，可深度放电，自放电低；能量效率高，启动速度快等一系列优点。因此钒液流电池能广泛应用于风光发电储能、电网调峰等。现有技术中全钒液流电池(下面简称钒动态电池)能量密度低，约为24Wh/kg，且结构繁琐、传送电解液泵需要额外消耗能量，一般泵的消耗占整个系统能量的5-7％，且持续的液体流动对密封，安全等要求较高，需要加装压力等传感器对系统进行监测，很大程度上增加了系统的成本，同时使得系统的体积较大。在一些类似偏远地区，孤岛等地，使用受到很大的影响。高能凝胶静态钒电池是一种新型的储能产品，不需要类似传统液流钒电池所需的输送系统及存储罐等。高能凝胶静态钒电池中含有高浓度钒离子和稳定剂。高能凝胶静态钒电池与传统钒液流电池相比，电解液非流动性，消除了电堆存在漏液的安全隐患、省略了泵和存储罐的使用，降低了成本、不需要复杂的流道设计等，简化了加工和维护、降低了旁路电流和无用的能耗损失，可用于低速电动车、太阳能储能、风能储能、UPS、通讯基站、电网调峰等领域及铅酸电池的市场应用方面均可替代。高能凝胶静态钒电池采用高浓度钒电解液，从本质上提高电池的能量密度，而钒动态电池只是通过增加电解液的体积来增加容量，其结构简单，便于运输和移动，不需要输送系统，没有额外能量消耗，提高了转换效率，降低了整个系统的成本。静态钒电池相对于铅酸电池来说，其比能量高，重量轻，能深度放电，且生产及使用过程无环境污染；相对于锂电池来说，其价格低、使用安全，系统简单易维护等。现有的静态钒电池结构只是一个简单的单电池结构(中国专利CN02156229)，没有对电池密封进行设计开发，对于电池在装配过程中电解液如何能工业化加入电池内也没有进行说明。同时相对于液流电池，静态钒电池结构也有很大改变，现有技术没有对其进行详细研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对静态高能量钒电池，提供一种钒电池结构及电池装配工艺，该结构能保证电池整体装配密封度，电池每个框体电解液单独注液，并通过结构设计防止充放电过程中单格之间串液以及充电过程中电解液外流的问题。本专利技术涉及一种静态钒电池系统，其由多个单体电池单元串联构成，各单体电池单元包括两个电池板框、集流体、电极材料、电解质、密封组件、隔膜，两个电池板框并列，并列的两个电池板框的外侧为集流体，且集流体和电池板框的一侧(外侧)粘结在一起，两个电池板框之间设有隔膜，隔膜两侧由密封组件(密封垫片)包裹，密封组件与电池板框另一侧(内侧)连接，电极材料处于电池板框内侧腔体内，电解质均匀分布于电极材料上，电池单体单元串联形成整体，并在最外侧由外端板和紧固件紧固密封，其中电池正负极耳处于最外侧串联电池单体的集流体一侧，并与之紧密连接，正负极耳的外侧为外端板，每个电池框体上有正负极排气通道及注液孔，外端板上设有联通电池框体内部正负极排气通道的安全阀，其中，电池板框内无液流系统管路。电池板框边框的宽度为5-40mm，优选为5-20mm。进一步地，每个单体电池电压恒定为1.25V，根据实际应用环境增减单体电池单元的数目(通常为5-20个，优选8-15个)。正负极耳将集流体收集的电流传导到外部负载上。外端板在电池两端起紧固支撑作用，材料可采用ABS、PP、PVC、电木板等绝缘高分子材料，端板中间可进行镂空设计以减轻电池整体重量。外端板上有连接电池框体的排气孔通道，排气孔在外端板上用安全阀密封。进一步地，电池板框，主要起连接集流体和隔膜，同时承载电解液的框体，材料可采用ABS、PP塑料、PVC等腐蚀高分子材料制造，每个电池框体上有正负极排气通道及注液孔，排气孔位于板框内侧，正负极排气孔各单独连通，连通电池内腔和安全阀口，并且排气孔旁边电池内空腔上部设计有单独空间，防止因电池充电满时，由于副反应等导致产生的少量气体带出电解液；注液孔设计在电池板框内侧窄面，在电池注液时，电解液能快速的从电极材料的近端流到远端，使得电解液能均匀分布于电池内侧，避免电解液在电极材料内分散不均。进一步地，电解液为凝胶态电解液，其中钒活性物质为3.0-7.0M的3.5价态钒离子；硫酸的酸度为3.0-6.0M之间，掺加导电和活性物质分散剂(例如5-10wt％，例如聚丙烯磺酸钠、氨基乙醇、或乙烯基乙二醇)，使得电解质具有良好的反应活性和充放电性能。集流体起收集电流，防止电池单格之间串液等作用，其可以采用石墨板、导电塑料、复合导电材料等制备，正负集流体在两个电池板框之间，内嵌入电池板框内。进一步地，安全阀，位于电池外端板上，联通电池框体内部排气通道，正负极排气通道分别连接一个安全阀，带有滤液片及能调节电池内部气压的阀体，保证电池内的水蒸气不排出电池，防止电池失水。本专利技术另外提供了静态钒电池系统的装配方法，该方法包括：(A)组装单体电池单元：形成依次包括集流体、电池框体、密封垫片、隔膜、密封垫片、电池框体、集流体的单体电池单元；(B)将多个单体电池单元并列，在并列的多个单体电池单元的两端设置正负极耳和放置外端板，并用螺杆紧固；(C)将电解液用泵入或者抽真空方式从注液口加入电池内，电解液加入完毕后，注液孔用堵头堵住，外端板上的排气孔用安全阀封住；(D)对电池进行充放电并进行检测。本专利技术通过将以上组件组装成电池，改进了电池的组装及注液过程，电池装配后密封性好，失水极少，电池容量高，深度放电循环寿命长，环境适应性好等特点。本专利技术静态钒电池反应原理：(VO2)++V2++2H+→(VO)2++V3++H2O。本专利技术的优点本专利技术的静态钒电池电解液加入电池后，在电极材料上储存并凝胶，无需像液流电池一样需要外部泵加入电解液，减少了外部设备。与传统静态钒电池相比，板框内无液流系统管路，板框边框更窄，结构更加简单紧凑，同时增加了外侧安全阀。本专利技术的电池具有电池容量高，深度放电循环寿命长的优点。附图说明图1为静态钒电池结构图；图2为静态钒电池部分分解结构图；图3为电池整体剖面结构图；图4为电池单体剖面结构图；图5为电池框体结构图；图6为电池的容量-电压曲线图；图7为电池充放电时间-电压图。1：外端板，2：正负金属极耳，3：电池板框(或电池框体)，4：隔膜，5：密封垫片，6：集流体，7：电极材料，8：安全阀，9：电池框体注液口堵头，10：锁紧螺母，11：锁紧螺杆，12：气液分离空间，13：正负极排气通道(排气孔)，14：注液孔。具体实施方式本专利技术涉及一种静态钒电池系统，如图1-5所示，其由多个单体电池单元串联构成，各单体电池单元包括两个电池板框3、集流体6、电极材料7、电解质、密封组件(密封垫片)5、隔膜4，两个电池板框3并列，并列的两个电池板框3的外侧为集流体6，且集流体6和电池板框3的一侧(外侧)粘结(使用粘结剂例如酸性硅酮胶或者其他耐酸性的软性胶)在一起，两个电池板框3之间设有隔膜4，隔膜两侧由密封组件(密封垫片)5包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静态钒电池系统，其由多个单体电池单元串联构成，各单体电池单元包括两个电池板框、集流体、电极材料、电解质、密封组件、隔膜，两个电池板框并列，并列的两个电池板框的外侧为集流体，且集流体和电池板框的一侧粘结在一起，两个电池板框之间设有隔膜，隔膜两侧由密封组件包裹，密封组件与电池板框另一侧连接，电极材料处于电池板框内侧腔体内，电解质均匀分布于电极材料上，电池单体单元串联形成整体，并在最外侧由外端板和紧固件紧固密封，其中电池正负极耳处于最外侧串联电池单体的集流体一侧，并与之紧密连接，正负极耳的外侧为外端板，每个电池框体上有正负极排气通道及注液孔，外端板上设有联通电池框体内部正负极排气通道的安全阀，其中，电池板框内无液流系统管路。

【技术特征摘要】
1.一种静态钒电池系统，其由多个单体电池单元串联构成，各单体电池单元包括两个电池板框、集流体、电极材料、电解质、密封组件、隔膜，两个电池板框并列，并列的两个电池板框的外侧为集流体，且集流体和电池板框的一侧粘结在一起，两个电池板框之间设有隔膜，隔膜两侧由密封组件包裹，密封组件与电池板框另一侧连接，电极材料处于电池板框内侧腔体内，电解质均匀分布于电极材料上，电池单体单元串联形成整体，并在最外侧由外端板和紧固件紧固密封，其中电池正负极耳处于最外侧串联电池单体的集流体一侧，并与之紧密连接，正负极耳的外侧为外端板，每个电池框体上有正负极排气通道及注液孔，外端板上设有联通电池框体内部正负极排气通道的安全阀，其中，电池板框内无液流系统管路。2.根据权利要求1所述的静态钒电池系统，其中，电池板框边框的宽度为5-40mm，优选为5-20mm。3.根据权利要求1或2所述的静态钒电池系统，其中，每个电池框体上有正负极排气通道及注液孔，正负极排气通道位于板框内侧，各自单独连通，连通电池内腔和安全阀口，并且排气孔旁边电池内空腔上部设计有单独空间。4.根据权利要求3所述的静态钒电池系统，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王远望，官清，
申请(专利权)人：湖南汇锋高新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43