CN105637680A - 电极板以及用于制造和检验电极板的方法 - Google Patents

电极板以及用于制造和检验电极板的方法 Download PDF

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Abstract

一种电极板、用于制造电极板的方法以及检验电极板的方法使得能够高效生产牢固的流动电解质电池。所述检验电极板的方法包括：在所述电极板中形成易断部分；在所述电极板的周边的周围提供密封，其中所述周边延伸经过所述易断部分；邻近所述电极板的第一侧上的表面施加气体；以及邻近所述电极板的第二侧上的表面检测是否存在所述气体，如果所述电极板通过检验，那么将易断部分从所述电极板中移除，以界定切口区域。随后将所述电极板放置在包括多个其他电极板的电池-单电池组中。随后邻近所述电极板的所述切口区域，将歧管附接到所述单电池组。

Description

电极板以及用于制造和检验电极板的方法
技术领域
本发明涉及电极板。确切地说，尽管不是唯一的，本发明涉及一种用于流动电解质电池的电极板以及用于制造和检验此类电极板的方法。
背景技术
独立供电系统中使用的电池一般都是铅酸电池。然而，铅酸电池在性能和环境安全方面存在限制。例如，典型的铅酸电池在炎热的气候条件下通常寿命极短，尤其是在偶尔完全放电时。由于铅酸电池的主要成分是铅，并且会在制造和处理过程中造成严重的环境问题，铅酸电池也危害环境。
流动电解质电池，例如，锌-溴电池、锌-氯电池和钒流动电池，都有可能克服铅酸电池的上述限制。具体而言，流动电解质电池的可用寿命并不受深度放电应用的影响，并且流动电解质电池的能量重量比高于铅酸电池达到六倍。
流动电解质电池像铅酸电池一样包括单电池组(cellstack)，其中单电池组产生的总电压高于单个单电池。但与铅酸电池不同的是，流动电解质电池中的单电池通过电解质循环管路液压地连接。
单电池组通常包括由隔板分开的电极板的组，以形成多个半单电池。半单电池(halfcell)各自包括电池板、工艺邻近隔板以及毛细管。从俯视图看，半单电池大体呈矩形，但在电池板的边角处具有切口区域，以容纳用于将电解质送入和送出电池的歧管。然而，由于切口区域通常形成复杂的形状，因此，在将单个电极板组装成电池之前对其检验是很困难的。
因此，需要克服或减缓与现有技术中制造和检验流动电解质电池的电极板相关的问题。
在本说明书中对任何现有技术的引用不是也不应被视作承认或提示这一现有技术在澳大利亚或其他地方构成公知常识的一部分。
发明目标
本发明的一些实施例的目标是为消费者提供优于上述现有技术的改善和优点，和/或克服并减缓现有技术的一个或多个上述缺点，和/或提供可用的商业选择。
发明内容
本发明以一种形式，尽管不必是唯一或最广泛的形式，涉及一种用于流动电解质电池的电极板，所述电极板包括一个或多个易断部分。
优选地，所述一个或多个易断部分位于邻近所述电极板的一个或多个边角的位置。
优选地，所述电极板是平面的，并且包括顶部表面和底部表面。
优选地，所述底部表面的周边边缘大体是平坦的，以便与试验台的密封件进行密封。
优选地，所述易断部分中的至少一个与所述电极板的其余部分之间的接合处包括凹槽。
优选地，所述凹槽界定在所述电极板的顶部表面中。
优选地，所述易断部分在所述电极板的聚合物框架形成。
优选地，所述聚合物是高密度聚乙烯(HDPE)。
根据另一方面，本发明包括一种制造用于流动电解质电池的电极板的方法，所述方法包括：在所述电极板中形成一个或多个易断部分；将所述一个或多个易断部分从所述电极板中移除，以便界定一个或多个切口区域；将所述电极板放置在单电池组中；以及邻近所述一个或多个切口区域，将一个或多个歧管附接到所述单电池组。
优选地，所述一个或多个易断部分位于邻近所述电极板的一个或多个边角的位置。
优选地，所述方法进一步包括沿着所述电极板的底部表面的周边并且经过所述一个或多个易断部分形成大体平坦的边缘。
根据又一方面，本发明包括一种检验用于流动电解质电池的电极板的方法，所述方法包括：在所述电极板中形成一个或多个易断部分；在所述电极板的周边的周围提供密封，其中所述周边延伸经过所述易断部分；邻近所述电极板的第一侧上的表面施加气体；以及在邻近所述电极板的第二侧上的表面检测是否存在所述气体。
优选地，邻近所述电极板的顶部表面施加所述气体，并且进一步包括邻近所述电极板的底部表面进行排空。
优选地，所述气体是氢气。
优选地，邻近所述电极板的底部表面，使用真空泵执行排空。
优选地，所述方法进一步包括：将所述一个或多个易断部分从所述电极板中移除，以便界定所述电极板的切口区域；将所述电极板放置在单电池组中，所述单电池组包括多个其他电极板；以及邻近所述电极板的所述切口区域，将歧管附接到所述单电池组。
优选地，所述一个或多个易断部分界定在所述电极板的高密度聚乙烯(HDPE)框架中。
优选地，通过在所述电极板中界定凹槽或一系列缺口，界定所述一个或多个易断部分。
附图说明
为了帮助理解本发明并且让所属领域的技术人员能够使本发明具备实际效应，下文参考附图，仅以实施例的方式来描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1是示出根据本发明的一个实施方式的用于流动电解质电池的电极板的俯视图的图解；
图2是示出图1的电极板的局部仰视图的图解；
图3A是示出图1的电极板的细节俯视图的图解；
图3B是示出图3A的电极板的AA-AA截面图的图解；
图3C是示出图3B的AA-AA截面的细节视图的图解；
图4是示出根据本发明的一个实施方式的用于检验图1的电极板的试验台的图解；
图5是示出图1的电极板的细节顶部透视图的图解，其中易断部分被移除；
图6A是示出根据本发明的一个实施方式的不带歧管的流动电解质电池的组装单电池组的局部透视图的图解；以及
图6B是示出根据本发明的一个实施方式的安装了歧管的流动电解质电池的组装单电池组的局部透视图的图解。
图7是示出根据本发明的一个实施方式的制造流动电解质电池的电极板的方法的流程图。
图8是示出根据本发明的一个实施方式的检验流动电解质电池的电极板的方法的流程图。
具体实施方式
附图以简洁的轮廓形式示出了本发明的元件，只显示那些对于理解本发明的实施方式所必需的详细细节，从而防止过度的细节导致内容混乱，对所属领域的技术人员来说鉴于本说明书该过度的细节是显而易见的。
在本专利说明书中，诸如第一和第二、左和右、前和后、顶部和底部等形容词只用于将一个元件或方法步骤与另一个元件或方法步骤区分开来，而不必要求这些形容词所描述的具体相对位置或顺序。诸如“包括”或“包含”等词语并不用来限定元件或方法步骤的唯一集合。相反，这些词语仅限定本发明的特定实施方式中包含的元件或方法步骤的最小集合。
根据本发明的一个实施方式，图1是示出用于流动电解质电池的电极板100的俯视图的图解，而图2是示出图1的电极板100的局部仰视图的图解。
参考图1和图2，电极板100是平面的，并且包括用于容纳电极109的框架108。电极板100包括顶部表面102和底部表面104。底部表面104(且具体而言，框架108)的周边的边缘106大体是平坦的，以便促进电极板100与用于检验电极板100是否有缺陷的试验台之间的良好密封。尽管将电极板100示为矩形，但应了解，本发明的电极板的其他实施方式可以是任何合适的形状。
在一个实施方式中，框架108由塑性材料制成，例如，高密度聚乙烯(HDPE)。然而，应了解，框架108可由与流动电解质和电极兼容的任何材料制成。
电极板100，且具体而言，框架108还包括相邻地形成在电极板100的每个边角的易断部分110A、110B、110C、110D。尽管示出易断部分110A、110B、110C、110D，但应了解，本发明的电极板的其他实施方式可包括一个或多个易断部分。此外，根据一些实施方式，易断部分可以在电极板中的任何地方形成，不论是沿着电极板的边缘还是在电极板的内部部分。
易断部分110A、110B、110C、110D被设计成在电极板100被检验之后断开，以便容纳流动电解质电池的歧管。这种布置的优点在于使得电极板100的预组装检验更容易且更牢固，因为包括易断部分110A、110B、110C、110D的电极板100界定更规格的形状，在周边周围具有平滑表面，以使得能够与试验台密封。
图3A是示出图1的电极板100的一个边角的细节俯视图的图解，更详细地示出了单个易断部分110C。图3B是示出图3A的电极板100的边角的AA-AA截面图的图解。图3C是示出图3B的面AA-AA截的详细视图的图解。其他易断部分110A、110B、110D类似于易断部分110C。
参考图3A、图3B和图3C，易断部分110C与电极板100的其余部分之间的接合处包括凹槽112。在一个实施方式中，凹槽112是楔形，与垂直于电极板100的平面的轴形成约30度的角。如图所示，凹槽112在距电极板100的边缘0.5mm处终止。然而，应了解，凹槽112可以是任何合适的形状，从而使得易断部分110C在电极板100检验之后容易折断。此外，尽管凹槽112被示为连续的，但应了解，凹槽112或者可以用(例如)一系列的小缺口代替。使用诸如聚合物等材料来制造易断部分的各种技术已为所属领域公知，并且可应用于本发明。
易断部分110A、110B、110C、110D与电极板100的其余部分之间的接合处大体是平滑的，以便连接到电池的歧管。此外，凹槽112并不延伸到底部表面104中。相反，凹槽112在距底部表面104约0.3mm处终止。这使得在电极板100的检验过程中以及在易断部分110A、110B、110C、110D折断之前，底部表面104与试验台维持密封。
通过放到试验台中，电极板100接受检验。图4是示出根据本发明的一个实施方式的用于检验电极板100的试验台300的图解。试验台300包括压力板310、诸如O形环的密封件320、真空板330、压板340、真空泵350以及气体检测器360。接受检验的电极板100被放到试验台300中，位于压力板310与真空板330之间。压力板310向电极板100的顶部表面102施加压力，从而使得底部表面104的边缘106与O形环320密封，所述O形环320在电极板100的周边的周围延伸。
在检验过程中，将气体(例如，氢气)送入在压力板310与电极板100之间形成的顶部空腔302中，顶部空腔302邻近电极板100的顶部表面102。随后，邻近电极板100的底部表面104的底部空腔304被同样连接到底部空腔304的真空泵350排空。如果电极板100有缺陷，例如，如果电极板100有裂缝或孔洞，那么气体从顶部空腔302流到底部空腔304，并且被气体检测器360检测到。当检测到气体时，气体检测器360可发出警报，以便向操作人员发出信号，表示电极板100有缺陷并且应被舍弃。或者，有缺陷的电极板100可被试验台300自动舍弃。或者，在检验过程中，邻近电极板100的底部表面104的底部空腔304被同样连接到底部空腔304的真空泵350排空，并且当所得的真空达到设定值时，停止抽吸。如果电极板100有缺陷，例如，如果电极板100有裂缝或孔洞，那么真空的设定值下降，并且所述电极板被识别为有瑕疵。当检测到气压下降时，压力开关可触发警报，以便向操作人员发出信号，表示电极板100有缺陷并且应被舍弃。或者，有缺陷的电极板100可被试验台300自动舍弃。作为又一替代，所属领域的技术人员将理解，可使用正压来代替真空，其中正压被施加到在压力板310与电极板100之间形成的顶部空腔302中。
在电极板100经过检验之后，通过在电极板100的顶部表面104上施加压力来移除易断部分110A、110B、110C、110D中的每个。图5是示出图1的电极板100的详细顶部透视图的图解，其中易断部分110C被移除。如图5所示，当易断部分110C被移除时，电极板100界定切口区域114，所述切口区域补充了易断部分110C的形状。
在使用中，一旦易断部分110已经从电极板100中移除，多个电极100便组装在一起，以形成流动电解质电池。图6A是示出根据本发明的一个实施方式的不带歧管的流动电解质电池400的组装单电池组的局部透视图的图解。图6B是示出根据本发明的一个实施方式的带有歧管410的流动电解质电池400的组装单电池组的局部透视图的图解。如图6A和图6B所示，每个电极板100的切口空间114补充并且接纳电池400的歧管410的形状。在使用过程中，电解质随后从在邻近电极板100之间界定的电池半单电池空腔流到歧管410，或者从歧管410流到在邻近电极板100之间界定的电池半单电池空腔。
图7是示出根据本发明的一个实施例的用于制造电极板的方法700的流程图。在步骤710处，电极板中形成一个或多个易断部分。
在步骤720处，将一个或多个易断部分从电极板中移除，以界定一个或多个切口区域。
在步骤730处，将电极板放置在单电池组中。
在步骤740处，邻近一个或多个切口区域，将一个或多个歧管附接到单电池组。
图8是示出根据本发明的一个实施方式的用于检验流动电解质电池的电极板的方法800的流程图。在步骤810处，在电极板的周边的周围进行密封，其中所述周边包括进行密封的易断部分。
在步骤820处，在邻近电极板的第一侧上的表面施加气体。
在步骤830处，执行检测邻近电极板的第二侧上的表面是否存在上述气体。如果检测到存在上述气体，那么(例如)推测电极板有缺陷，并且电极板被舍弃。
假设没有在第二侧上检测到存在上述气体，或者只检测到可接受的低浓度气体，那么在步骤840处，将易断部分从电极板中移除，从而形成电极板的切口区域。
在步骤850处，将电极板放置在电池-单电池组中。
最后，在步骤860处，将歧管附接到单电池组，邻近电极板的切口区域。
概括地说，本发明的一些实施方式的优点包括电极板，该电极板包括与易断部分成整体的平滑(大体平坦)的周边表面，以促进有效且牢固地制造和检验电极板。在检验成功之后，移除易断部分，从而多个电极板可与电池的歧管接合。
对于相关领域的技术人员而言，本发明的各种实施例的上述描述用于说明的目的。并不意图详细列举或者将本发明限于揭示的单个实施例。如上文所述，上述教示的领域的技术人员将明白本发明的很多替代和变化。因此，尽管已经具体描述了一些替代实施例，但所属领域的技术人员将明白或相对容易开发其他实施例。因此，本专利说明书意图涵盖本文中已经论述的本发明的所有替代、更改以及变化，以及落入上述本发明的精神和范围内的其他实施例。

Claims (18)

1.一种用于流动电解质电池的电极板，其中所述电极板包括一个或多个易断部分。
2.根据权利要求1所述的电极板，其中所述一个或多个易断部分位于邻近所述电极板的一个或多个边角的位置。
3.根据权利要求1所述的电极板，其中所述电极板是平面的，并且包括顶部表面和底部表面。
4.根据权利要求1所述的电极板，其中所述底部表面的周边边缘大体是平坦的，以密封于试验台的密封件。
5.根据权利要求1所述的电极板，其中所述易断部分中的至少一个与所述电极板的其余部分之间的接合处包括凹槽。
6.根据权利要求5所述的电极板，其中所述凹槽在所述电极板的顶部表面中形成。
7.根据权利要求1所述的电极板，其中所述易断部分界定在所述电极板的聚合物框架中。
8.根据权利要求7所述的电极板，其中所述聚合物是高密度聚乙烯(HDPE)。
9.一种制造用于流动电解质电池的电极板的方法，所述方法包括：
在所述电极板中形成一个或多个易断部分；
将所述一个或多个易断部分从所述电极板中移除，以界定一个或多个切口区域；
将所述电极板放置在电池-单电池组中；以及
邻近所述一个或多个切口区域，将一个或多个歧管附接到所述电池-单电池组。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个易断部分位于邻近所述电极板的一个或多个边角的位置。
11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括沿着所述电极板的底部表面的周边并且经过所述一个或多个易断部分形成大体平坦的边缘。
12.一种检验用于流动电解质电池的电极板的方法，所述方法包括：
在所述电极板中形成一个或多个易断部分；
在所述电极板的周边的周围提供密封件，其中所述周边延伸经过所述一个或多个易断部分；
对邻近所述电极板的第一侧上的表面施加气体；以及
检测邻近所述电极板的第二侧上的表面是否存在所述气体。
13.根据权利要求12所述的方法，其中对邻近所述电极板的顶部表面施加所述气体，并且进一步包括对邻近所述电极板的底部表面进行排空。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述气体是氢气。
15.根据权利要求13所述的方法，其中通过使用真空泵执行所述对邻近所述电极板的底部表面进行排空。
16.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
将所述一个或多个易断部分从所述电极板中移除，以界定所述电极板的切口区域；
将所述电极板放置在包括多个其他电极板的电池-单电池组中；以及
邻近所述电极板的所述切口区域，将歧管附接到所述单电池组。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个易断部分界定在所述电极板的高密度聚乙烯(HDPE)框架中。
18.根据权利要求12所述的方法，其中通过在所述电极板中界定凹槽或一系列缺口，形成所述一个或多个易断部分。
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