一种电堆封装工艺及电堆组件制造技术

本申请公开了一种电堆封装工艺和电堆组件，该电堆封装工艺得到的电堆可用于如钒电池等液流电池中。该工艺通过激光透射封板，将封板直接熔融耦合在电堆元件的周面，对将电堆元件的每一单电池的侧面均熔融密封，使得液流电池的单电极元件的密封性能提升，并通过熔融耦合关系，使得组件元件的之间厚度、间隙保持一致，各元件之间均一性好，进一步提升电堆的使用寿命。

A Kind of Packaging Technology and Component of Reactor

【技术实现步骤摘要】
一种电堆封装工艺及电堆组件
本专利技术涉及全液流电池领域，特别涉及一种电堆封装工艺，通过该封装工艺可以获得密封性能好、寿命长的电堆组件。
技术介绍
液流电池是一种利用液态电解质发生电化学反应的二次电池技术。不同价态的正负极活性物质存储在电解液中，在循环泵的推动下流经电堆，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动。离子膜作为电池正负极之间的隔膜，电解液流过电极表面发生电化学反应，实现电能与化学能的相互转换，从而实现电能的存储与释放。液流电池在运行时，电解液在泵的作用下实现从电堆到储液罐之间的循环流动。现有技术中，电堆拼装结构的封装外壳一般通过紧固件压合在电堆元件上，封装外壳上设置有迷宫密封结构或在封装封板之间通过密封圈实现密封。但是由于电池运行过程中电解液存在一定的压力，且容易对密封圈构成腐蚀，当密封圈老化时，则容易产生泄漏，无法保证电堆长时间有效的密封，电堆寿命低。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种电堆封装工艺及电堆组件，通过该工艺获得的电堆组件密封性能提升，延长了电堆的使用寿命。为解决以上技术问题，本专利技术提供的技术方案是有鉴于此，本申请提供一种电堆封装工艺，包括：在平行于电堆元件中层状组件堆叠方向的周面设置封板；在第一条件下，激光透射封板并被封板与所述电堆元件的接触面吸收，使所述封板与所述电堆元件的周面直接熔融耦合，得到电堆组件；至少在第一条件中，所述电堆元件受到沿着层状组件堆叠方向的第一预紧力并保持紧密贴合。优选的，所述第一条件包括：所述激光的波长为1800nm-2200nm；所述激光的线能量密度为2-5.8J/mm。优选的，在第一条件中，向所述封板施加垂直于所述封板的第二预紧力，在第二预紧力的作用下，封板贴合电堆元件，使封板在激光作用下耦合至所述电堆元件的周面；在所述第二预紧力下，所述封板和所述电堆元件之间间隙不大于0.15mm。优选的，所述封板为对所述激光吸收率不小于20％的聚合物材料。优选的，所述封板朝向所述电堆元件一侧的面为非光滑面；或所述电堆元件朝向所述封板的周面为非光滑面。优选的，所述电堆元件包括离子交换膜，所述离子交换膜两侧对称设置有碳毡、导流框和电极组件，所述导流框设置在电极组件侧面；所述双极板与相邻的导流框通过熔融耦合连接；所述电极组件的端面与所述封板的相向侧面均通过激光熔融与所述封板耦合。优选的，所述双极板包括：双极板；设置在双极板侧面的聚合物框体，所述双极板与相邻的聚合物框体通过熔融耦合连接，所述聚合物框体用于夹持并固定所述双极板，所述聚合物框体用于隔离所述双极板和所述导流框上的流道。一种电堆组件，包括电堆元件和耦合在平行于电堆元件中层状组件堆叠方向的周面的封板，其特征在于，所述电堆通过上述所述的电堆封装工艺获得。优选的，所述电堆元件包括离子交换膜，所述离子交换膜两侧对称设置有碳毡、导流框和电极组件；所述电极组件包括双极板和设置在双极板两侧的聚合物框体，双极板两侧的所述聚合物框体通过熔融耦合夹持固定所述双极板，所述双极板与相邻的导流框通过热熔耦合连接，所述双极板的端面和所述导流框的端面为在热作用下与所述封板具有相容性的材料。优选的，所述电极组件的端面与所述封板的相向侧面均通过激光熔融与所述封板耦合。本申请与现有技术相比，其详细说明如下：本申请公开了一种电堆封装工艺和电堆组件，该电堆封装工艺得到的电堆可用于如钒电池等液流电池中。激光透射封板，使封板和电堆元件之间的接触面直接熔融耦合。电堆元件由多个单电池串联组成，每一单电池内均导入有电解液，当封板熔融耦合在电堆元件的周面上时，每一单电池中电极组件、导流框的侧面均与封板熔融耦合，使得液流电池电堆的密封性能提升。所述电堆元件包括双极板、导流框、碳毡和离子交换膜；相邻的导流框通过熔融耦合固定所述电极组件，在垂直于双极板施加第一预紧力时，所述导流框紧密的贴合在电极组件上，使电堆元件形成稳定结构。在导流框自身与电极组件熔融耦合保证紧密贴合的前提下再与封板熔融耦合，进一步提高了电堆中各个组件密封性能，延长了电堆的使用寿命。因为电堆元件在受到第一预紧力压紧的条件下，四周被完全耦合有封板，因此电堆元件中的每一组件均收到了相同的第一预紧力，在封装时电极组件、导流框在与封板耦合时保持较高的平整度，相邻组件之间间隙的分布是均匀的，且间隙距离的一致性较高，在此情况下周面与四块封板一一耦合时，即使第一预紧力被撤销，封板仍可以向电堆元件中每一电极组件和导流框施加阻止其变形、位移的作用力，因此，即使在电堆运转有电解液时，也不会因为电解液的液体压力导致单电池之间间隙产生变化。进而提高电堆中单电极元件的一致性。由于单电极元件的一致性高，在尝试运转一定时间之后，该电堆的库仑效率的衰减率不小于5％、此外能量效率和平台电压的衰减少，进而提高了电堆的使用寿命。附图说明图1为通过本申请所公开的工艺制备电堆组件的爆炸图；图2为通过本申请所公开的工艺制备电堆组件的封装示意图；图3为电堆元件中各组件的堆叠状态示意图。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图所示，本申请中所述的单电池，是指液流电池中一个电池单元，其中包括离子交换膜、对称设置在离子交换膜两侧的碳毡、导流板和电极组件中一侧的集流体形成的电极；由于液流电池中的双极板往往为预制层状结构，同时起到串联电池单元正负极的作用，在一般情况下不易拆分，因此本申请中的单电池是基于电化学角度所作的划分，而非对结构的拆分。本申请所述的透明，是指对可见光具有良好的透射性，但在其他波长上则不一定是透明的。如图所示，本申请公开一种电堆封装工艺，在第一条件下，激光透射封板，将封板熔融耦合在电堆元件的表面，得到具有良好密封性能和较长寿命的电堆组件；并通过在耦合过程中在所述电堆元件上施加沿着双极板堆叠方向的第一预紧力，使电堆元件在耦合完成后内部每一组件之间均保持被压紧的状态，提高电堆组件的均一性，进一步改善电堆组件的使用寿命。本申请公开的电堆封装工艺包括：在平行于电堆元件1中电极组件堆叠方向的周面设置封板3；在第一条件下，激光从封板3一侧表面透射，封板3和所述电堆元件1接触处熔融，电堆元件1和封板3直接耦合，得到电堆组件，所述电堆组件中，若干层状组件如电极组件、导流板的侧边均通过激光与封板3熔融耦合，从而实现对液流电池电堆的密封。具体的，所述第一条件包括：所述激光的波长为1800nm-2200nm；所述激光的线能量密度为2-5.8J/mm。在该条件下，垂直于封板3向封板3施加第二预紧力，使封板3和电堆元件1之间紧密贴合；沿着双极板堆叠方向向电堆元件1施加第一预紧力；使封板3和所述电堆元件1之间的接触面在激光照射下熔融耦合，得到电堆组件。在第一条件下，封板3和电堆元件1之间的接触面接收激光光束的能量并转化为热能。当耦合完成后，封板3和电堆元件1之间的间隙被熔融材料填充，形成沿封板3厚度方向形成不易被肉眼区别的区域。由于在第一条件下，封板3在其所在平面的方向上局部形成熔融后再冷却固化。第二预紧力的方向垂直于封板3所在平面，第二预紧力的大小为200-600N，更优选为350N-600N。在所述第二预紧力下，所述封板3和所述电堆元件1之间间隙不大于0.15mm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电堆封装工艺，其特征在于，包括：在平行于电堆元件中层状组件堆叠方向的周面设置封板；在第一条件下，激光透射封板并被封板与所述电堆元件的接触面吸收，使所述封板与所述电堆元件的周面直接熔融耦合，得到电堆组件；至少在第一条件中，所述电堆元件受到沿着层状组件堆叠方向的第一预紧力并保持紧密贴合。

【技术特征摘要】
1.一种电堆封装工艺，其特征在于，包括：在平行于电堆元件中层状组件堆叠方向的周面设置封板；在第一条件下，激光透射封板并被封板与所述电堆元件的接触面吸收，使所述封板与所述电堆元件的周面直接熔融耦合，得到电堆组件；至少在第一条件中，所述电堆元件受到沿着层状组件堆叠方向的第一预紧力并保持紧密贴合。2.根据权利要求1所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，所述第一条件包括：所述激光的波长为1800nm-2200nm；所述激光的线能量密度为2-5.8J/mm。3.根据权利要求1所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，在第一条件中，向所述封板施加垂直于所述封板的第二预紧力，在第二预紧力的作用下，封板贴合电堆元件，使封板在激光作用下耦合至所述电堆元件的周面；在所述第二预紧力下，所述封板和所述电堆元件之间间隙不大于0.15mm。4.根据权利要求2所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，所述封板为对所述激光吸收率不小于20％的聚合物材料。5.根据权利要求1所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，所述封板朝向所述电堆元件一侧的面为非光滑面；或所述电堆元件朝向所述封板的周面为非光滑面。6.根据权利要求1所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，所述电堆元件包括离子交换膜，所述离子交换膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继军，唐升智，张庶，伍林，
申请(专利权)人：乐山伟力得能源有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51