CN109075359A - 用于制作电化学单元电池单体的高产量制造工艺以及使用该工艺生产的电化学单元电池单体 - Google Patents

用于制作电化学单元电池单体的高产量制造工艺以及使用该工艺生产的电化学单元电池单体 Download PDF

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Abstract

液流电池可以通过将多个电化学单元电池单体彼此组合在一起成为电池单体堆来构成。用于制造电化学单元电池单体的高产量工艺可以包括：提供来自卷状源的用于形成软品组件和硬品组件的材料，将所述材料供应到生产线，以及，形成具有布置在隔板的相反两侧上的双极板的电化学单元电池单体。电化学单元电池单体可以具有使得电池单体堆中的相邻的电化学单元电池单体之间共用双极板的构造，或者使得相邻的电化学单元电池单体之间的双极板在电池单体堆中彼此邻接在一起的构造。

Description

用于制作电化学单元电池单体的高产量制造工艺以及使用该 工艺生产的电化学单元电池单体
相关申请的交叉引用
不适用。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
不适用。
技术领域
本公开总体上涉及电化学单元电池单体，更具体来说，涉及在液流电池和其它电化学系统中使用的电化学单元电池单体的高产量制造工艺。
背景技术
针对大型能量存储应用，已经广泛提出了诸如电池、超级电容器等的电化学能量存储系统。为此目的，已经考虑了包括液流电池的各种电池设计。与其它类型的电化学能量存储系统相比，液流电池可以是有利的(尤其对于大型应用来说)，因为液流电池能够使功率密度的参数和能量密度的参数彼此分离(decouple)。
液流电池通常包括在对应的电解质溶液中的负极活性材料和正极活性材料，在包含负电极和正电极的电化学电池单体中，所述对应的电解质溶液分别流过膜或隔板的相反两侧。液流电池通过发生在两个半电池单体(half-cell)内部的活性材料的电化学反应而被充电或放电。如本文中所用，术语“活性材料”、“电活性材料”、“氧化还原活性材料”或其变体将同义地指代在液流电池等电化学能量存储系统的工作期间(即，在充电或放电期间)经历氧化态变化的材料。整个电化学电池单体包含由隔板材料分隔开的两个半电池单体(即，正半电池单体和负半电池单体)。
为了增加液流电池所能存储和释放的能量的量，多个单独的电化学电池单体可以放置成彼此电连通。将多个单独的电化学电池单体放置成彼此电连通通常涉及利用在相邻的电化学电池单体之间建立电连通的双极板将多个单独的电化学电池单体定位在“电池单体堆”或“电化学电池堆”中。
单独的电化学电池单体的设计和制造通常涉及各种“硬品(hard goods)”和“软品(soft goods)”的彼此配合。软品可以包括隔板材料、电极以及用于在电化学电池单体内的期望区域中容纳电解质溶液的密封件。硬品可以包括双极板以及任何用于容纳软品的框架材料。电化学电池单体的常规制造工艺通常是模制和/或加工各个电池单体的硬品，然后通过手动地或者用半自动取放工艺定位软品来完成电池单体组装。这种用于组装电化学电池单体的手动和半自动的批量工艺代表了很大程度上不能产生高产量的有速度限制(rate-limiting)的制造步骤。如果需要构造相当大数量的单独的电化学电池单体，即使是硬品的模制和加工工艺也会变得有问题。此外，前述类型的批量制造工艺可能非常容易由于操作者的错误而生产出有缺陷的电池单体。因此，用于生产电化学电池单体和电池单体堆的制造工艺依然费力、耗时且昂贵。
鉴于前述情形，在本领域中非常期望有与高产量制造工艺兼容的电化学电池单体设计。本公开满足了前述需求并且还提供了相关优点。
发明内容
在一些实施例中，本公开的电化学单元电池单体可以包括：隔板，所述隔板被布置在第一电极和第二电极之间；其中，第一电极和第二电极被设定尺寸和位置，使得隔板的相反两侧存在不与第一电极及第二电极接触的第一周边区域和第二周边区域；第一双极板，所述第一双极板与第一电极接触；第二双极板，所述第二双极板与第二电极接触；第一可压缩密封件，所述第一可压缩密封件在隔板上布置在第一周边区域中；第二可压缩密封件，所述第二可压缩密封件在隔板上布置在第二周边区域中；第一框架层和第二框架层，所述第一框架层和所述第二框架层被限定为围绕第一可压缩密封件和第二可压缩密封件的外周；第三框架层，所述第三框架层与第一可压缩密封件接触且与第一框架层接触；第四框架层，所述第四框架层与第二可压缩密封件接触且与第二框架层接触；第五框架层，所述第五框架层与第三框架层相邻；第六框架层，所述第六框架层与第四框架层相邻；第七框架层，所述第七框架层与第五框架层相邻；其中，第一双极板被粘附到第七框架层并封闭第七框架层中的窗口；以及第八框架层，所述第八框架层与第六框架层相邻；其中，第二双极板被粘附到第八框架层并封闭第八框架层中的窗口；并且其中，所述框架层中的每一个均包含非导电材料。
在其它各种实施例中，本公开的电化学单元电池单体可以包括：隔板，所述隔板被布置在第一电极和第二电极之间；其中，第一电极和第二电极被设定尺寸和位置，使得隔板的相反两侧存在不与第一电极及第二电极接触的第一周边区域和第二周边区域；第一双极板，所述第一双极板与第一电极接触；第二双极板，所述第二双极板与第二电极接触；第一框架层，所述第一框架层在第一周边区域中被层压到隔板；第二框架层，所述第二框架层在第二周边区域中被层压到隔板；第三框架层，所述第三框架层与第一框架层相邻；第四框架层，所述第四框架层与第二框架层相邻；第五框架层，所述第五框架层与第三框架层相邻；第六框架层，所述第六框架层与第四框架层相邻；第七框架层，所述第七框架层与第五框架层相邻；其中，第一双极板被粘附到第七框架层并封闭第七框架层中的窗口；以及第八框架层，所述第八框架层与第六框架层相邻；其中，第二双极板被粘附到第八框架层并封闭第八框架层中的窗口；并且其中，所述框架层中的每一个均包含非导电材料。
电化学电池堆可以包括彼此邻接在一起的多个电化学单元电池单体。在一些实施例中，电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体共用共同的双极板和共同的框架层，所述共同的框架层被粘附到所述共同的双极板。在一些实施例中，电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体具有来自第一电化学单元电池单体的、与来自第二电化学单元电池单体的双极板邻接在一起的双极板。
在另一些其它各种实施例中，用于生产电化学电池单体的方法可以包括：将隔板材料的卷(rolls of a separator material)、阴极材料的卷和阳极材料的卷供应到生产线；在生产线中的第一位置处将阴极材料和阳极材料粘附在隔板材料的相反两侧上，从而形成软品组件；将第一绝缘材料的卷和第二绝缘材料的卷供应到生产线；在生产线中在第一绝缘材料和第二绝缘材料内限定窗口，在生产线中将包括第一绝缘材料的第一框架层和第二框架层粘附在所述软品组件的相反两侧上，并且在生产线中将第三框架层粘附到第一框架层上并将第四框架层粘附到第二框架层上，第三框架层和第四框架层包括第二绝缘材料；将第三绝缘材料的卷供应到生产线；在生产线中在第三绝缘材料内限定窗口，并且在生产线中将第五框架层粘附到第三框架层上并将第六框架层粘附到第四框架层上，第五框架层和第六框架层包括第三绝缘材料；将第四绝缘材料的卷和双极板材料的卷供应到生产线；并且在生产线中在第四绝缘材料内限定窗口，在生产线中将双极板材料粘附到第四绝缘材料，使得第四绝缘材料中的窗口被双极板材料封闭，并且在生产线中将第七框架层粘附到第五框架层并将第八框架层粘附到第六框架层，从而形成电化学单元电池单体，第七框架层和第八框架层包括第四绝缘材料；其中，第一绝缘材料、第二绝缘材料和第三绝缘材料内的窗口在被布置为第一、第二、第三、第四、第五和第六框架层时彼此重叠；并且其中，双极板材料接触在所述软品组件的相反两侧上的阴极材料和阳极材料。
在又一些其它实施例中，本公开的方法可以包括：将第一绝缘材料的卷供应到生产线；在生产线中在第一绝缘材料内限定窗口；将双极板材料的卷供应到生产线；在生产线中将双极板材料粘附到第一绝缘材料，使得第一绝缘材料中的窗口被双极板材料封闭；将第二绝缘材料的卷供应到生产线；在生产线中在第二绝缘材料内限定窗口，并将第二绝缘材料粘附在第一绝缘材料的相反两侧上；将第三绝缘材料的卷供应到生产线；在生产线中在第三绝缘材料内限定窗口，并将第三绝缘材料粘附到在第一绝缘材料的相反两侧上的第二绝缘材料；将第四绝缘材料的卷供应到生产线；以及，在生产线中在第四绝缘材料内限定窗口，并将第四绝缘材料粘附到在第一绝缘材料的相反两侧上的第三绝缘材料。
前文已经相当宽泛地概述了本公开的特征，以便能够更好地理解随后的详细描述。在下文中，将描述本公开的另外的特征和优点。从以下描述中，这些及其它优点和特征将变得更明显。
附图说明
为了更彻底地理解本公开及其优点，现在参考与描述本公开的具体实施例的附图相结合地进行的以下描述，其中：
图1示出了包含单个电化学单元电池单体的示例性液流电池的示意图；
图2示出了示例性电化学单元电池单体构造的分解图，其中，各种电池单体部件彼此间隔开以示出细节；
图3A示出了从图2的电化学单元电池单体的阴极侧观察的更详细视图；
图3B示出了从图2的电化学单元电池单体的阳极侧观察的更详细视图；
图4示出了各种电池单体部件彼此完全邻接在一起的、图2的电化学单元电池单体的截面图；
图5示出了另一示例性电化学单元电池单体构造的分解图，其中，各种电池单体部件彼此间隔开以示出细节；
图6示出了各种电池单体部件彼此完全邻接在一起的、图5的电化学单元电池单体的截面图；
图7示出了示例性电化学电池堆的示意图，在该电化学电池堆中，来自相邻的电化学电池单体的双极板彼此邻接；
图8示出了示例性电化学电池堆的示意图，在该电化学电池堆中，相邻的电化学电池单体共用共同的双极板；
图9示出了示例性生产线的示意图，该生产线能够以连续方式组合电化学单元电池单体的软品；
图10A和图10B示出了由图9的生产线生产的软品组件的示例性俯视示意图和侧视示意图；
图10C示出了图10B的简化再现，其中为了清楚起见省略了背衬层(backinglayers)；
图11示出了示例性生产线的示意图，该生产线能够以连续方式组合电化学单元电池单体的硬品；
图12A和图12B示出了由图11的生产线制造的硬品组件的示例性俯视示意图和侧视示意图；
图12C示出了图12B的构造的简化再现，其中为了清楚起见省略了压敏粘合剂层；
图13示出了示例性的三电池单体式电化学电池堆的示意图，在该电化学电池堆中，图10A至图10C的软品组件与图13A至13C的硬品组件以交替的方式堆叠；并且
图14示出了示例性生产线的示意图，该生产线能够以连续方式生产电化学单元电池单体。
具体实施方式
本公开部分地涉及与高产量制造工艺兼容的电化学单元电池单体和电化学电池单体堆。本公开还部分地涉及电化学单元电池单体和电化学电池单体堆的制造工艺，在该制造工艺中，材料被从卷状源(rolled sources)供应到生产线。本公开还部分地涉及用于制造电化学单元电池单体和电化学电池单体堆的生产线系统。
通过参考与附图和示例相结合地进行的以下描述，可以更容易地理解本公开，所有这些都构成本公开的一部分。应当理解，本公开不限于本文中描述和/或示出的具体产品、方法、条件或参数。此外，本文中使用的术语仅是为了描述作为示例的特定实施例的目的，并非旨在是限制性的(除非另有说明)。类似地，除非另外特别说明，否则本文中涉及成分的任何描述都旨在表示该成分的固体和液体形式两者，包括包含该成分的溶液和电解质，以及包含这种溶液和电解质的电化学电池单体、液流电池和其它能量存储系统。此外，应该认识到，在本文中的公开内容描述了电化学电池单体、液流电池或其它能量存储系统的情况下，应当理解也隐含地描述了用于操作电化学电池单体、液流电池或其它能量存储系统的方法。
也应理解，为了清楚起见，在本文中可以在分别的实施例的上下文中描述本公开的一些特征，但也可以在单个实施例中彼此组合地提供这些特征。也就是说，除非明显不相容或明确排除，否则每个单独的实施例被视为能够与任何其它实施例组合，并且该组合被认为代表了另一不同的实施例。相反，为了简洁起见，也可以分别提供或以任何子组合的形式提供本公开的在单个实施例的上下文中描述的各种特征。最后，虽然特定实施例可以被描述为一系列步骤的一部分或者较通用结构的一部分，但每个步骤或子结构本身也可以被认为是独立的实施例。
除非另有说明，否则应该理解列表中的每个单独元素和该列表中单独元素的每种组合将被解释为不同的实施例。例如，呈现为“A、B或C”的实施例的列表将被解释为包括实施例“A”、“B”、“C”、“A或B”、“A或C”、“B或C”、或者“A，B或C”。
在本公开中，冠词“一”、“一个”和“该”的单数形式也包括对应的复数引用，并且对特定数值的引用至少包括该特定值，除非上下文另有明确指示。因此，例如，对“一种材料”的引用是引用这种材料及其等同物中的至少一种。
通常，使用术语“约”指示近似值，该近似值可以根据由所公开的主题寻求获得的期望的属性而变动，并且以与上下文相关的方式基于功能性来解释。因此，本领域普通技术人员将能够根据个例情况来解释变动的程度。在一些情形中，表达特定值时使用的有效数字的数目可以是确定术语“约”所允许的变动的典型技术。在其它情况下，可以使用一系列值中的等级来确定术语“约”所允许的变动的范围。此外，本公开中的所有范围都是包含性且可组合的，并且对范围内规定的值的引用包括该范围内的每一个值。
如上文所讨论的，可能非常希望在保持高效率值的同时能够大规模地工作的能量存储系统。在此方面，液流电池已引起了极大的兴趣，但尚未开发出真正在商业上可行的液流电池技术。液流电池、特别是液流电池的单独的电化学单元电池单体和这种电化学单元电池单体的电化学电池堆的高产量制造工艺的普遍缺乏是已经妨碍其成功商业开发的一个问题。下文中提供了对于示例性液流电池、它们的用途以及工作特性的示例性描述。
本发明人开发了容易与高产量制造技术兼容的电化学单元电池单体的各种设计。本公开的单独的电化学单元电池单体也可以在电化学电池堆中彼此组合，以增加由液流电池存储和释放的能量的量。更具体地，本发明人开发了可以完全或基本由从卷状源供应到生产线的材料制造的电化学电池单体设计，从而允许进行单独的电化学单元电池单体的大量生产。在进一步讨论电化学单元电池单体设计以及用于其生产的制造工艺之前，首先将提供液流电池及其各种部件的简要概述。
图1示出了包含单个电化学单元电池单体的示例性液流电池的示意图。与其中活性材料和其它部件被容纳在单个组件中的典型电池技术(例如锂离子、镍金属氢化物、铅酸电池等)不同，液流电池通过电化学电池堆从储存罐输送(例如通过泵送)氧化还原活性的能量存储材料。这一设计特征将电能存储系统功率与能量存储容量分离，从而允许相当大的设计灵活性和成本优化。
如图1中所示，液流电池系统1包括电化学电池单体，该电化学电池单体的特征在于将电化学电池单体的两个电极10和10'分隔开的隔板20(例如膜)。电极10和10'由合适的导电材料形成，例如金属、碳、石墨等。罐50容纳第一活性材料30，该第一活性材料30能够在氧化态和还原态之间循环。
泵60实现第一活性材料30从罐50到该电化学电池单体的输送。该液流电池也合适地包括容纳第二活性材料40的第二罐50'。第二活性材料40可以是与活性材料30相同的材料，或者第二活性材料40可以是不同的。第二泵60'能够实现第二活性材料40到该电化学电池单体的输送。泵也能够用于实现所述活性材料从电化学电池单体回到罐50和50'的输送(图1中未示出)。实现流体输送的其它方法(例如虹吸管)也能够合适地将第一活性材料30和第二活性材料40输送到该电化学电池单体中以及从该电化学电池单体中输送出来。图1中还示出了电源或负载70，该电源或负载70使电化学电池单体的电路完整并允许用户在电化学电池单体的工作期间收集或存储电力。
应该理解，图1描绘了液流电池的具体的非限制性的构造。因此，相对于图1的构造，符合本公开的精神的液流电池和电化学单元电池单体可以在各个方面不同。作为一个示例，液流电池系统可以包括一种或多种活性材料，所述活性材料是固体、气体和/或溶解在液体中的气体。活性材料能够储存在罐中、在向大气开放的容器中或者简单地排放到大气中。
如本文中所用，术语“隔板”和“膜”将指设置在电化学电池单体的正电极和负电极之间(即，在负的半电池单体和正的半电池单体之间)的、离子传导性的且电绝缘的材料。该隔板在一些实施例中可以是多孔膜和/或在其它各种实施例中可以是离聚物膜(ionomermembrane)。在一些实施例中，隔板能够由离子传导性聚合物形成。
聚合物膜可以是阴离子或阳离子传导性电解质。当被描述为“离聚物”时，该术语是指含有电中性重复单元和电离重复单元的聚合物膜，其中，电离重复单元是悬垂部(pendant)且共价键合到聚合物主链。通常，电离重复单元的比例可以在约1摩尔百分数至约90摩尔百分数的范围内。离聚物中的电离重复单元可包括阴离子官能团，例如磺酸盐、羧酸盐等。这些官能团能够通过单价、二价或更高价的阳离子(例如碱金属或碱土金属)来电荷平衡。离聚物也能够包括含有附着或嵌入的季铵、锍、磷腈和胍盐残留物或盐的聚合物合成物。合适的示例对于本领域普通技术人员来说将是熟悉的。
在一些实施例中，可用作隔板的聚合物能够包括高度氟化或全氟化的聚合物主链。可用于本公开中的一些聚合物能够包括四氟乙烯与一种或多种氟化的酸官能共聚单体的共聚物，该共聚物是市售的，作为来自杜邦(DuPont)的NAFIONTM全氟化聚合物电解质。其它可用的全氟化聚合物能够包括四氟乙烯的共聚物和SELEMIONTM。
此外，也能够使用以磺酸基团(或阳离子交换的磺酸盐基团)改性的基本非氟化的膜。这种膜能够包括具有基本芳族主链的膜，例如聚苯乙烯、聚亚苯、联苯砜(BPSH)，或诸如聚醚酮和聚醚砜的热塑性塑料。
也能够使用电池隔板式多孔膜作为隔板。因为它们不具有固有的离子传导能力，所以通常用添加剂来浸注这种膜以发挥功能。这些膜通常含有聚合物和无机填料的混合物，以及开放式气孔。合适的聚合物可以包括例如高密度聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)。合适的无机填料可以包括碳化硅基质材料、二氧化钛、二氧化硅、磷化锌和二氧化铈。
隔板也能够由聚酯、聚醚酮、聚(氯乙烯)、乙烯基聚合物和取代的乙烯基聚合物形成。这些可以被单独使用或者与任何先前描述的聚合物组合使用。
多孔隔板是非导电膜，其允许在两个电极之间经由填充有电解质的开放式通道的电荷转移。多孔隔板的孔径分布能够足以基本防止活性材料在两种电解质溶液之间的跨界(crossover)。合适的多孔膜能够具有在约0.001纳米和20微米之间、更典型地在约0.001纳米和100纳米之间的平均孔径分布。多孔膜中的孔的尺寸分布可以相当大。换句话说，多孔膜可以包含具有非常小的直径(约小于1纳米)的第一多个孔和具有非常大的直径(约大于10微米)的第二多个孔。较大的孔径可能导致较高量的活性材料跨界。多孔膜的基本上防止活性材料跨界的能力能够取决于平均孔径和活性材料之间的相对尺寸差异。例如，当活性材料是配位复合物中的金属中心时，该配位复合物的平均直径可以大约比多孔膜的平均孔径大50％。另一方面，如果多孔膜具有基本一致的孔径，则配位复合物的平均直径可以大约比多孔膜的平均孔径大20％。同样，当配位复合物与至少一个水分子进一步配位时，该配位复合物的平均直径增加。通常将至少一个水分子的配位复合物的直径认为是流体动力学直径。在这种实施例中，流体动力学直径通常比平均孔径大至少约35％。当平均孔径基本一致时，流体动力学半径可以大约比平均孔径大10％。
在一些实施例中，为了更高的稳定性，隔板也可以包括增强材料。合适的增强材料可以包括例如尼龙、棉、聚酯、结晶二氧化硅、结晶二氧化钛、无定形二氧化硅、无定形二氧化钛、橡胶、石棉、木材或其任意组合。本领域普通技术人员可以想到其它合适的增强材料。
其中的隔板可以具有小于约500微米、或小于约300微米、或小于约250微米、或小于约200微米、或小于约100微米、或小于约75微米、或小于约50微米、或小于约30微米、或小于约25微米、或小于约20微米、或小于约15微米、或小于约10微米的膜厚度。合适的隔板可以包括其中当该隔板具有100微米的厚度时、液流电池能够以大于约85％的电流效率和100mA/cm2的电流密度工作的隔板。在其它实施例中，当隔板具有小于约50微米的厚度时，液流电池能够在大于99.5％的电流效率下工作，当隔板具有小于约25微米的厚度时，液流电池能够在大于99％的电流效率下工作，并且当隔板具有小于约10微米的厚度时，液流电池能够在大于98％的电流效率下工作。因此，合适的隔板包括其中液流电池能够在大于60％的电压效率下以100mA/cm2的电流密度工作的隔板。在进一步的实施例中，合适的隔板可以包括其中液流电池能够在大于70％、大于80％或甚至大于90％的电压效率下工作的隔板。
液流电池还可以包括与第一和第二电极电连通的外部电路。该电路能够在工作期间对液流电池充电和放电。关于第一、第二活性材料或这两个活性材料的净离子电荷的符号与在液流电池的工作条件下、氧化还原活性材料的氧化的形式和还原的形式中的净离子电荷的符号有关。液流电池的其它示例性实施例提供了：(a)第一活性材料具有伴随的净正电荷或负电荷，且能够在系统的负工作电位范围内的电位上提供氧化的形式或还原的形式，使得所得到的第一活性材料的氧化的形式或还原的形式具有与第一活性材料相同的电荷符号(正或负)，并且离聚物膜也具有相同符号的净离子电荷；并且(b)第二活性材料具有伴随的净正电荷或负电荷，且能够在系统的正工作电位范围内的电位上提供氧化的形式或还原的形式，使得所得到的第二活性材料的氧化的形式或还原的形式具有与第二活性材料相同的电荷符号(正号或负号)，并且离聚物膜也具有相同符号的净离子电荷；或者(a)和(b)。第一和/或第二活性材料和离聚物膜的匹配的电荷能够提供高的选择性。更具体来说，如可归因于第一或第二活性材料的，电荷匹配能够提供小于约3％、小于约2％、小于约1％、小于约0.5％、小于约0.2％或小于约0.1％的、通过离聚物膜的离子的摩尔通量。术语“离子的摩尔通量”是指通过离聚物膜的离子的量，平衡与外部电力/电子流相关的电荷。
特定的电极材料可以包括碳和各种金属。非导电性塑料材料也可以构成电极材料的一部分。在一些实施例中，电极可以具有沉积在其上的催化剂。在电极材料上也可以存在其它类型的层。可选的层的功能可以包括例如辅助电池单体组件、改善接触电阻和/或为隔板提供保护。
在现在已经描述和描绘了通用的液流电池系统的情况下，现在将参考附图更详细地描述本公开的各种实施例。图2至图6示出了能够使用高产量制造技术制造的单个电化学单元电池单体的示例性构造。图7和图8示出了合并了多个图2的电化学单元电池单体的电化学电池单体堆的示例性构造。下面接着是这些附图的进一步描述。下文中也更详细地提出了用于制造这种电化学单元电池单体和电化学电池单体堆的高产量制造技术。
图2示出了示例性电化学单元电池单体构造的分解图，其中，各种电池单体部件彼此间隔开以示出细节。实际上，例如如图4所示，各种电池单体部件彼此接触。电化学单元电池单体100包括居中布置的隔板102。阴极104和阳极106邻接在隔板102的相反两侧上。阴极104和阳极106小于隔板102并且被定位成使得非接触的周边区域108和108'围绕隔板102的外周被建立在两侧上(图2中未示出非接触的周边区域108')。可压缩密封件110和110'分别布置在非接触的周边区域108和108'内，并且接触隔板102(图2中未示出可压缩密封件110')。图3A示出了从电化学单元电池单体102的阴极侧观察的更详细视图，其中能够更清楚地看到非接触的周边区域108及其对应的可压缩密封件110的布置。图3B示出了从阳极侧观察的对应视图。如下文中更详细讨论的，在隔板102与可压缩密封件110和110'之间可以存在衬垫(underlayment)。该衬垫可以提供刚性，可以在之后的组装工艺期间辅助对准，可以控制可压缩密封件110和110'的压缩，并且可以促进异种材料之间的结合。隔板102、阴极104、阳极106以及可压缩密封件110和110'构成电化学单元电池单体100的“软品”或“软品组件”。
现在将参考图2、图3A和图3B进一步描述电化学单元电池单体100的“硬品”。框架层120和120'包括各自的窗口122和122'。如图3A和图3B中更详细地示出的，窗口122和122'被设定尺寸，使得框架层120和120'围绕可压缩密封件110和110'的外周装配。如下文中所述的，框架层120和120'的厚度可以决定在加入其它层时所述可压缩密封件110和110'被压缩的程度。尽管图3A和图3B已经示出了分别与可压缩密封件110和110'直接接触的框架层120和120'，但应认识到，取决于窗口122和122'的尺寸，所述可压缩密封件和框架层之间可以存在一些开放空间。该开放空间还可以决定可压缩密封件110和110'在经受压缩时能够向外膨胀多少。
继续参考图2，框架层130和130'分别接触框架层120和120'，同时也分别接触可压缩密封件110和110'。在框架层130和130'中分别限定有窗口132和132'。窗口132和132'在尺寸上小于窗口122和122'，以允许框架层130和130'接触可压缩密封件110和110'。除了决定可压缩密封件110和110'能够被压缩的程度之外，框架层120和120'还提供稳定的结构，框架层130和130'可以抵靠该稳定的结构提供压缩力。框架层140和140'分别接触框架层130和130'，并且其中也分别限定有窗口142和142'。此外，框架层140和140'包含分别限定在其中的流动分配通道144和144'，该流动分配通道144和144'延伸到由窗口142和142'限定的内部空间。流动分配通道144和144'允许电解质溶液被独立地提供(例如从流体分配歧管)到电化学单元电池单体100的两个半电池单体。尽管未在图2中示出，但框架层150和150'中可以存在类似的流动分配通道。此外，也可以存在附加的框架层，并且任何未与可压缩密封件110和110'接触的附加框架层可以包含与框架层140和140'中所示的流动分配通道类似的流动分配通道。
可以将电解质溶液从布置在每个框架层120、120'、130、130'、140、140'、150和150'内的多个开口提供到流动分配通道144和144'。这些开口限定了延伸穿过电化学单元电池单体100的连续流动路径。更具体地，这些开口在电化学单元电池单体100连接到流体分配歧管时提供了电解质溶液进出对应的半电池单体的位置。框架层120、120'、130、130'、140、140'、150和150'的相反两侧上的开口被配对，使得每种电解质溶液仅进入单个半电池单体。虽然图2已经示出了所述多个开口为大致圆形形状的，但应认识到，其它形状也是可能的。
仍然参考图2，电化学单元电池单体100还包括框架层150和150'，框架层150和150'具有分别限定在其中的窗口152和152'。双极板160和160'填充对应的框架层150和150'的窗口152和152'。例如，双极板160和160'通过以下技术被粘附到框架层150和150'：例如粘合剂结合、激光焊接、超声波焊接、热板焊接、热轧、或者利用压敏粘合剂或热粘结膜进行层压。将双极板160和160'粘附到各自的框架层150和150'阻止了电解质溶液在成品电池单体中围绕双极板160和160'泄漏。双极板160进一步延伸穿过窗口122、132和142并接触阴极104。类似地，双极板160'进一步延伸穿过窗口122'、132'和142'并接触阳极106。可以选择和调整双极板160和160'的厚度，以考虑电化学单元电池单体100及其各层的总厚度。替代地，可以类似地选择和调整阴极104和阳极104'的厚度，以考虑电化学单元电池单体100的总厚度。
图4示出了各种电池单体部件彼此完全邻接在一起的、图2的电化学单元电池单体的截面图。当各种部件以图4的构造彼此邻接在一起时，框架层120、130、140和150可以彼此粘附为一组，并且框架层120'、130'、140'和150'可以彼此粘附为一组。框架层120和120'通过图4的构造中的压缩力简单地彼此邻接并保持到位。如图6中所示，框架层120和120'也可以彼此粘附以将每个框架层共同粘附到一起作为单个组。各层的彼此粘附限定了隔板102的相反两侧上的腔室，电解质溶液能够通过该腔室被循环。也就是说，框架层120、130和140与隔板102、可压缩密封件110和双极板160一起共同限定了封闭腔室，第一电解质溶液可以通过该封闭腔室围绕阴极104流动。类似地，框架层120'、130'、140'、隔板102、可压缩密封件110'和双极板160'限定了封闭腔室，第二电解质溶液可以通过该封闭腔室围绕阳极106流动。可压缩密封件110和110'阻止了腔外流体泄漏以及非期望的在分别容纳第一电解质溶液和第二电解质溶液的封闭腔室之间的流体转移。各个腔室的容积例如由各种框架层的厚度和对应窗口的尺寸决定。如下文中进一步描述的，与图2、图3A、图3B和图4中描绘的电化学电池单体类似的电化学电池单体可以由其中每个组分均由卷状源提供的材料制造，从而允许通过高产量制造工艺进行制作。
在图2和图4的电化学单元电池单体构造中，可压缩密封件110和110'被粘附在隔板102的相反两侧上。在这些附图中所示的电池单体构造的替代方案中，可压缩密封件可以设置在硬品组件上。在一些实施例中，可压缩密封件110和110'可以被限定为围绕第一框架层120和第二框架层120'中的窗口122和122'的周边。在其它实施例中，可压缩密封件110和110'可以被限定在双极板160和160'的面上，具体是围绕双极板160和160'的外周。这些替代的密封位置可以类似地起到将每种电解质溶液容纳在其各自的半电池单体中的作用。
在更特定的实施例中，本公开的电化学单元电池单体100和其它的电化学单元电池单体以及电化学电池单体堆的每个部件均可以由以卷状形式提供的材料形成。也就是说，在一些实施例中，能够以用于生产电化学电池单体和相关的电化学电池单体堆的、卷盘到卷盘(reel-to-reel)的制造工艺来供应所述材料中的每一种。下面接着是关于电化学单元电池单体和电化学电池单体堆的示例性制造工艺的进一步公开。在上文中尚未描述的情况下，接下来将更详细地描述用于电化学单元电池单体的各种部件的合适材料。
框架层120、120'、130、130'、140、140'、150和150'中的每一个均可以由非导电材料(例如绝缘体)形成，尤其是能够以诸如膜或片材的卷状形式供应的材料。在更特定的实施例中，每个框架层可以由诸如聚乙烯或其它聚烯烃材料的热塑性材料形成。其他合适的聚烯烃材料例如可以包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、聚丙烯、聚氯乙烯等。也可以合适地使用以下的非烯聚合物：例如聚酰胺(例如尼龙)、聚酯、聚醚酰亚胺(例如ULTEM)、聚酰亚胺(例如KAPTON)、聚醚酮、聚砜等。本领域普通技术人员可以类似地想到用于形成各种框架层的其它合适材料。用于形成框架层120、120'、130、130'、140、140'、150和150'的特定材料的选择可以由例如预期的工作环境以及与接触所述框架层的特定电解质溶液的化学相容性相关的问题来决定。
用于形成隔板102的合适材料可以包括上文大致讨论的那些材料。例如，这种隔板材料可以由例如杜邦(DuPont)、戈尔(Gore)、索尔维(Solvay)和3M等许多供应商以卷状形式供应。多孔隔板和离子交换(离聚物)膜都能以这种形式获得。
用于阴极104和阳极106的合适材料通常可以包括任何在液流电池和其它电化学系统中通常用于此目的的导电材料。上文讨论了用于形成电极的合适材料的特定示例。与本文中公开的电化学单元电池单体的其它部件一样，同样能够以卷状形式供应用于阴极104和阳极106的材料。在更具体的实施例中，阴极104和阳极106中的至少一个可以由碳毡、特别是未涂覆的碳毡制成。在其它更具体的实施例中，阴极104和阳极106可以由以下形式的任何导电材料制成：织造布、网或筛；非织造纸；薄膜；箔；或者能够以卷状形式供应的片材。特定的电极材料可以包括以卷状形式供应的碳和各种金属。非导电性塑料材料也可以构成以卷状形式供应的电极材料的一部分。在一些实施例中，阴极104和阳极106中的至少一个可以具有沉积在其上的催化剂。如果存在该催化剂，则可以在制造电化学电池单体时将该催化剂供应到电极材料上(例如以卷状形式)。其它层也能够可选地存在于阴极104和/或阳极106上。所述可选层的功能可以包括例如辅助电池单体组件、改善接触电阻和/或为隔板102提供保护。可以通过以下各种沉积技术中的任一种在形成阴极104和/或阳极106的材料上沉积任何附加的层：例如喷涂、丝网印刷、辊涂、凹版涂布、浸渍涂布、狭缝式模头涂布等。该涂层可以已经存在于所供应的导电材料上，或者可以在电化学单元电池单体的制造期间以连续的工艺引入该涂层。
如上所述，可压缩密封件110和110'有助于建立连贯的腔室，第一电解质溶液和第二电解质溶液可以分别通过该腔室流动。也就是说，可压缩密封件110和110'的功能可以包括防止腔外泄漏并阻止第一电解质溶液和第二电解质溶液在隔板102周围的流体输送。相反，本公开的电化学单元电池单体100和其它电化学电池单体以及电池单体堆中的大量输送是利用跨隔板102的离子传导性进行的。
在更特定的实施例中，可压缩密封件110和110'可以由弹性体材料形成。用于形成可压缩密封件110和110'的合适的弹性体材料的示例对于本领域普通技术人员来说将是熟悉的，并且例如可以选择与电解质溶液具有化学相容性和/或与电化学单元电池单体的工作条件具有环境相容性的弹性体材料。合适的弹性体材料可以包括例如硅酮聚合物、氟橡胶、乙烯丙烯二烯共聚物(EPDM)、聚四氟乙烯、天然橡胶、合成橡胶等。也能够以卷状形式提供合适的弹性体材料。在更特定的实施例中，热塑性衬垫(图2、图3A、图3B和图4中未示出)可以被施加在隔板102与可压缩密封件110和110'之间。与可压缩密封件110和110'一样，该热塑性衬垫也位于隔板102的任一侧上的、非接触的周边区域108和108'内。在更特定的实施例中，可压缩密封件110和110'、对应的热塑性衬垫、以及隔板102可以彼此粘附，例如通过粘合剂结合以形成软品组件。粘合剂结合可以在该电化学单元电池单体的制造期间进行。在此方面可以使用的合适的粘合剂结合技术和成分包括例如压敏粘合剂、UV-固化粘合剂、热粘合膜、环氧树脂、溶剂粘合型粘合剂、以及热压或热层压技术。在一些实施例中，能够以带有弹性体珠的密封件的形式提供可压缩密封件110和110'中的至少一个。在一些或其它实施例中，能够以扁平弹性体垫圈的形式提供可压缩密封件110和110'中的至少一个。
双极板160和160'可以由任何合适的导电且基本不可渗透的材料形成。在更具体的实施例中，双极板160和160'中的至少一个可以由柔性石墨箔、膨胀石墨或者金属膜、箔或片形成。在一些实施例中，能够以卷状形式供应这些材料。在一些实施例中，双极板160和160'中的至少一个可以具有限定在其上的表面特征，该表面特征用于改变电化学单元电池单体100或类似的电化学单元电池单体的半电池单体中的一个或两个半电池单体内的电解质溶液的流动分配。例如，这样的表面特征可有助于将电解质溶液均匀地分配在阴极104和/或阳极106的表面上。在示例性实施例中，该表面特征可以包括交指型或准交指型流动通道，所述流动通道可以由加成生产法和减成生产法(additive and subtractiveproduction methods)形成，例如挤压、冲压、铣削、剥蚀或辊压花。
如上所述，双极板160和160'分别延伸穿过窗口152和152'，使得各个电化学单元电池单体可以在电化学电池堆中彼此结合。为了提供电解质溶液可以通过其流动而不会泄漏的完整腔室，双极板160和160'可以分别粘附到框架层150和150'并封闭框架层150和150'中的窗口152和152'。此外，双极板160和160'可以延伸穿过电化学单元电池单体100中的其余框架层并分别接触阴极104和阳极106。
在电化学单元电池单体100或类似的电化学单元电池单体的制造期间，框架层120、130、140、150、120'、130'、140'和150'中的任一个均可以由合适的卷状材料供应，并且所述框架层中的各种特征(例如窗口、流动分配通道、集管(headers)、风室(plenums)、流体歧管，对准特征等)可以通过合适的制造技术来形成。用于形成所述框架层内的特征的合适的制造技术可以包括例如模切、激光切割、冲压等。
在制造电化学单元电池单体100或类似的电化学单元电池单体之后，框架层120、130、140和150可以变成彼此共同粘附，并且框架层120'、130'、140'和150'也可以变成彼此共同粘附。再次，这有助于限定连贯腔室，第一电解质溶液和第二电解质溶液可以通过该连贯腔室流过两个半电池单体。用于将所述框架层彼此粘合的合适的技术可以包括上文列出的那些技术。用于粘合所述框架层的特别合适的技术可以包括如下的粘合剂结合技术和成分：例如压敏粘合剂、热固化粘合剂和诸如环氧树脂的UV-固化粘合剂。在替代实施例中，可以视情况使用诸如激光焊接、超声波焊接、热板焊接、热轧、搅拌摩擦焊接(stir-frictionwelding)、压敏粘合剂或热粘合膜的技术将所述框架层彼此粘合。
尽管电化学单元电池单体100在隔板102的每一侧上包含四个框架层(即，120、130、140和150，以及120'、130'、140'和150)，但应认识到，在本公开的其它实施例中可以存在附加的框架层。可以添加附加的框架层以解决特别的设计挑战和/或改变电化学单元电池单体100的总厚度。在一些实施例中，为了增加电化学单元电池单体100的厚度而添加的任何框架层均可以具有限定在其中的窗口，使得双极板可以延伸穿过该窗口，但这样的框架层可能缺乏其它辨识性的结构特征。在一些或其它实施例中，附加的框架层可以包括适于满足特别的设计考虑的需要的结构特征，例如流动分配特征和导管，以允许在给定的半电池单体内的特定位置处的流体引入。
图5示出了另一示例性电化学单元电池单体构造的分解图，其中，各种电池单体部件彼此间隔开以示出细节。图5中的电化学单元电池单体200与图2、图3A、图3B和图4的电化学单元电池单体100的主要区别在于分别从非接触的周边区域108和108'中省去了可压缩密封件110和110'。在其它方面，图5中的电化学单元电池单体构造的元件与图2中的那些类似，因此将使用相同的附图标记。同样，将不再详细描述图2和图5之间共同的元件，除非这些元件的布置在替代的电池单体构造中不同。
在图5的电池单体构造中，框架层120和120'与隔板102的相反两侧直接接触并且例如通过粘合剂结合而粘附到隔板102。这种类型的直接结合能够以与图2的电池单体构造中的可压缩密封件110和110'所提供的方式类似的方式起到促进密封的作用。因此，在图5的电化学单元电池单体构造中，可以省去可压缩密封件110和110'。所导致的图2的电池单体构造与图5的电池单体构造之间的区别在于：对于后一种来说，电池单体的拆卸可能更困难(例如，为了在电池单体工作一段时间之后进行分析或检查)。特别地，图5的电池单体构造包含在隔板102处彼此结合的两个半电池单体，而图2的电池单体构造可以通过消除框架层120和120'在可压缩密封件110和110'上的约束压力而被拆解。在替代构造中，图6的电池单体构造可以包括与上文参考图2描述的可压缩密封件类似的可压缩密封件。当存在密封件时，在一些情形中可以存在密封衬垫。替代地，可以提供密封衬垫作为隔板102与框架层120、120'之间的组装辅助件。图6示出了各种电池单体部件彼此完全邻接在一起的、图5的电化学单元电池单体的截面图。
如上所述，多个电化学单元电池单体可以彼此组合以生产各种尺寸的电化学电池堆。更特别地，多个电化学电池单体可以彼此堆叠，使得各个电化学单元电池单体沿着通过各个电化学单元电池单体的双极板、阴极、隔板和阳极限定的轴线邻接在一起。通过布置在每个电化学单元电池单体的轴向末端处的双极板发生各个电化学单元电池单体之间的电连通。取决于电化学单元电池单体是如何制造的，相邻的电化学单元电池单体可以共用共同的双极板和粘附到该双极板的框架层，或者，来自电化学电池堆内的相邻的电化学电池单体的双极板可以彼此邻接(即，以头尾相接的方式)。
在一些实施例中，来自电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体的双极板可以彼此邻接。图7示出了示例性电化学电池堆的示意图，在该电化学电池堆中，来自相邻的电化学电池单体的双极板彼此邻接。图7中的各个电化学单元电池单体具有与图4中所示的电池单体构造类似的电池单体构造，并且将不再详细描述。可以类似地采用图6的电池单体构造。图7示出了示例性的三电池单体式电化学电池堆300。电化学电池堆300包含电化学单元电池单体302a、302b和302c，它们已被放置为相对于彼此头尾相接。也就是说，在相邻的电化学电池单体302a和302b中，双极板310a'和310b彼此邻接，并且，在相邻的电化学电池单体302b和302c中，双极板310b'和310c彼此邻接。双极板310a'和310c'位于电化学电池堆300的轴向末端处且不与另一个双极板邻接。类似地，框架层320a'和320b彼此邻接，框架层320b'和320c也彼此邻接。框架层320a和320c'位于轴向末端处且不与另一个框架层邻接。
在替代实施例中，电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体可以共用共同的双极板。图8示出了示例性电化学电池堆的示意图，在该电化学电池堆中，相邻的电化学电池单体共用共同的双极板。再一次，图8中的各个电化学单元电池单体具有与图4中所示的电池单体构造类似的电池单体构造，并且将不再详细描述。可以类似地采用图6的电池单体构造。图8示出了示例性的三电池单体式电化学电池堆400。电化学电池堆400包含电化学单元电池单体402a、402b和402c，其中，在相邻的电化学单元电池单体之间共用共同的双极板和框架层。最后，除了缺少第二双极板和对应的围绕第二双极板的框架层以外，电化学单元电池单体402a至402c与图2和图7中所示的电化学单元电池单体相同。因此，电化学电池堆400内的重复单元不同于电化学电池堆300的重复单元。更特别地参考图8，相邻的电化学单元电池单体402a和402b共用双极板410b，并且相邻的电化学单元电池单体402b和402c共用双极板410c。双极板410a和410d以及框架层420a和420d位于电化学电池堆400的轴向末端处，且没有被共用于另一个电化学单元电池单体。类似地，在相邻的电化学单元电池单体402a和402b之间共用框架层420b，并且在相邻的电化学单元电池单体402b和402c之间共用框架层420c。可以通过对本文中公开的制造工艺进行下游改造(downstreammodification)来制备与图8中所示的电化学电池堆构造类似的电化学电池堆构造。
尽管图7和图8中的电化学电池堆300和400已经示出了图4中所示的特定的电化学单元电池单体构造，但应认识到，使用图6的电化学单元电池单体构造也能够生产类似的电化学电池堆。此外，取决于各种操作上的考虑，在本公开的一些实施例中，可以在给定的电化学电池堆中存在不同的单元电池单体构造。此外，在一些实施例中，图8的电化学电池堆构造可以被重复堆叠，以生产更大的电化学电池堆。例如，与图8中所示的三电池单体式电池堆构造类似的三电池单体式电池堆构造可以被重复堆叠十次，以生产三十电池单体式电化学电池堆。替代地，来自图7的电化学电池堆构造的各个电化学单元电池单体也可以被并入包含图8的电池堆构造的、改型的电化学电池堆中。因此，图7和图8中描绘的电化学电池堆构造不应认为是限制性的。
同样，尽管图7和图8已描绘了三电池单体式电化学电池堆，但应理解，取决于期望的待存储电量和其它操作考虑，可以存在任何数量的单独的电化学单元电池单体。因此，图7和图8的所描绘的电化学电池堆构造不应视为是限制性的。在各种实施例中，电化学电池堆可以包含约30个至200个之间的单独的电化学单元电池单体，或者约50个至约100个之间的单独的电化学单元电池单体，或者约100个至约200个之间的单独的电化学单元电池单体。电化学电池堆中的各种电化学单元电池单体的互连可以通过本文中所述的粘附技术中的任一种来进行，例如粘合剂结合、热压、层压、激光焊接、超声波焊接等。
如上所述，本公开的电化学单元电池单体可以通过各种高产量制造技术来制造，例如卷盘类制造技术。现在将更详细地描述用于本公开的电化学单元电池单体的示例性制造技术。
最终，可以期望能够通过沿着单个生产线同时加工所述软品和硬品而以“联合的”方式制造本公开的电化学单元电池单体和相关的电化学电池单体堆。然而，应认识到，也可以通过以下方式来制造电化学单元电池单体：在分开的生产线中加工所述软品和硬品，然后将所述硬品和软品组合在一起，以形成已完成的电化学单元电池单体。为了便于更好地理解“联合的”生产工艺，将首先描述用于所述软品和硬品的单独的制造工艺。
图9示出了能够以连续方式将电化学单元电池单体的软品组合的示例性生产线的示意图。如图9中所描绘的，形成所述软品的源材料中的每一个均是从卷状源供应的。这些源材料将视情况由其在图2至图8中的附图标记指代，并且可以通过参考这些前述附图来更好地理解图9。
如图9中所示，卷盘502将一卷隔板102供应到生产线500。隔板102在包含辊506的工位505处进行与衬垫的层压。在到达工位505之前，一卷衬垫由卷盘508供应，并且压敏粘合剂在包含辊512的工位511处被层压到衬垫的相反两面上。多层压敏粘合剂由卷盘514供应。在工位519处使用模具520进行对该衬垫和压敏粘合剂的模切或类似修改。模切形成了孔口(窗口)，在该衬垫附接到隔板102时，阴极104和阳极106可以在该孔口内接触隔板102。通过将其背衬材料绕到卷盘522上来暴露所述多层压敏粘合剂中的一层。
在工位505处将所述衬垫和压敏粘合剂层压到隔板102之后，通过将其背衬材料绕到卷盘524上来暴露另一层压敏粘合剂。之后，隔板102和所粘附的衬垫传送到工位525，在该工位525处，进行与可压缩密封件110和110'的粘合剂结合。工位525包含辊526，所述辊526将压敏粘合剂层压到隔板102上以完成粘合剂结合工艺。可以类似地采用其它结合技术。
在到达工位525之前，形成可压缩密封件110和110'的一卷密封材料由卷盘528供应。在工位529处使用模具530对该密封材料进行模切或类似的成型。与所述衬垫一样，模切形成了孔口(窗口)，阴极104和阳极106可以在该孔口内接触隔板102。在工位529处形成的孔口与在工位511处形成的孔口的尺寸基本相同，使得沿周边布置的可压缩密封件110和110'具有基本相同横向尺寸的衬垫。
在离开工位525之后，隔板-可压缩密封件层压体(separator-compressible seallaminate)传送到工位529，在该工位529处，模具530切割该隔板-可压缩密封件层压体的外周。如下文中所讨论的，这形成了电化学电池单体的最终尺寸，特别是随后变成附接于该电化学电池单体的所述硬品的最终尺寸。然后在工位531处将被模切的隔板-可压缩密封件层压体加工成片材(sheeting)，以进一步组装成电化学单元电池单体或电化学单元电池单体堆。图10A和图10B示出了由图9的生产线生产的软品组件540的示例性的俯视图和侧视图，其中，衬垫542和542'分别介于隔板与可压缩密封件110、110'之间。为了清楚起见，图10A和图10B中未示出构成压敏粘合剂的附加层。图10C示出了图10B的简化再现，其中为了清楚起见省略了衬垫542和542'。
如上所述，阴极104和阳极106通常被认为是电化学单元电池单体的所述软品的一部分。为了简单起见，图9中未描绘出用于放置阴极104和阳极106的机构。生产线500中的可以从卷状源材料引入阴极104和阳极106的示例性位置例如包括恰好在工位505或工位525之前。在图10A至图10C中，阴极104和阳极106被示出为以虚线布置在软品组件540中，以显示阴极104和阳极106相对于在生产线500中组装的其它部件的位置。下文中将通过联合的工艺进一步详细讨论阴极104和阳极106在电化学单元电池单体内的并入，该联合的工艺用于将所述硬品和软品联合组装到电化学单元电池单体中。
现在转向所述硬品，图11示出了能够以连续方式将电化学单元电池单体的所述硬品组合的示例性生产线的示意图。如图11中所描绘的，形成所述硬品的源材料中的每一种均是从卷状源供应的。同样，这些源材料将视情况由其在图2至图8中的附图标记指代，并且可以通过参考这些前述附图来更好地理解图11。
更具体地，卷盘602将一卷形成框架层150的材料供应到生产线600。上文讨论了用于形成框架层150和其它框架层的合适材料。然后，在工位605处使用模具606对该框架层材料进行模切或类似地成型，以形成最终被双极板160再填充的孔口。然后在工位607处从浴槽608和辊609施加粘合剂。尽管工位607被描绘为凹版型印刷辊，但应认识到，在替代实施例中，可以通过丝网印刷、喷涂、浸渍涂布、辊涂、狭缝式模头涂布以及类似的沉积技术来施加粘合剂。然后将涂有粘合剂的材料传送到工位611，以附接双极板160。
形成双极板160的材料由卷盘614供应并传送到包含辊612的工位611。在到达工位611时，双极板材料和涂有粘合剂的框架层材料通过辊612，这导致双极板材料粘附到涂有粘合剂的框架层。双极板材料封闭了先前在工位605处在框架层材料中形成的孔口。在工位611处可以应用各种结合机构。在示例性实施例中，双极板材料可以通过冷层压、热层压、UV固化、热固化、激光焊接、超声波焊接等结合到涂有粘合剂的框架层。例如，可以通过使双极板材料和框架层材料穿过熔炉、加热线圈、热风鼓风机或类似的热源来实施热固化。用于促进粘合剂结合的合适技术的选择将取决于所选择的在工位607处施加的粘合剂，并且这样的考虑被认为是在本领域普通技术人员的理解范围内。
在离开工位611之后，框架层材料及其粘附的双极板材料进入一系列工位，在这一系列工位中，形成框架层120、120'、130、130'、140和140'的材料被依次添加在形成框架层150的材料上。具体地，在工位621处施加用于框架层140和140'的材料，在工位631处施加用于框架层130和130'的材料，并且在工位641处施加用于框架层120和120'的材料。如下文中所讨论的，在工位621、631和641处施加的用于前述框架层中的每个框架层的材料由供应臂620、630和640提供，在供应框架层材料时，这些供应臂中的每一个均类似地工作。工位621、631和641分别包含辊624、634和644，这些辊624、634和644有助于各种层彼此之间的层压过程。
简而言之，供应臂620、630和640均包含卷盘650和652，卷盘650和652以卷状形式提供框架层材料和压敏粘合剂。在包含辊654的工位653处，框架层材料和压敏粘合剂经受层压。在离开工位653之后，框架层-粘合剂层压体(frame layer-adhesive laminate)行进到包含模具656的工位655，在工位655处，进行模切以在各个框架层中形成孔口。这些孔口最终变成已完成的电化学单元电池单体中的窗口122、122'、132、132'、142和142'。来自压敏粘合剂的一侧的背衬材料也在工位655处被从压敏粘合剂的面向外的表面上去除并卷绕到辊658上。
在离开工位641时，存在七层层压体(参见图12A和图12B)，其不包括任何由压敏粘合剂表示的层。然后在工位661处使用模具662模切该七层层压体的外周。在工位661处进行模切，使得所述硬品在尺寸上与在生产线500中制造的所述软品互补。与生产线500一样，在工位671处将成品的硬品组件加工成片材。
图12A和图12B示出了由图11的生产线制造的硬品组件680的示例性的俯视示意图和侧视示意图。如图12A中所示，双极板160被粘附到框架层150并封闭了最初在框架层150中形成的孔口(窗口)。覆盖框架层150的依次是框架层140、130和120以及140'、130'和120'(图12A中仅可见框架层120)。框架层120、120'、130、130'、140和140'中的每一个均具有开放的孔口，使得双极板160不被覆盖。在图12B中可以更清楚地看到硬品组件680的七层层压体结构。如图12B中所示，框架层150被居中布置在该七层层压体中，并且具有粘附在框架层150的相反两侧上的双极板160(以虚线示出)。尽管图12B已示出了双极板160(虚线)仅位于框架层150内，但应理解，如上文所讨论的，双极板160也可以延伸穿过框架层120、130、140、120'、130'和140'中的开放的孔口。替代地，阴极104和阳极106可以延伸穿过所述孔口以接触双极板160。同样，在框架层150的相反两侧上依次布置了框架层140、130和120以及140'，130'和120'。在各个框架层之间，还存在压敏粘合剂层682。也可以使用用于将各种框架层彼此粘附的替代技术。图12C示出了图12B的构造的简化再现，其中为了清楚起见省去了压敏粘合剂层682。
如上所述，根据各种操作需要，本公开的电化学单元电池单体中可以包括附加的或更少的框架层。鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员可以容易地调整本文中所述的生产工艺以生产具有任何数量的合适框架层的硬品组件和对应的电化学单元电池单体。
通过交替地堆叠软品组件540和硬品组件680，可以生产与图8中所示的电化学电池堆类似的电化学电池堆，在该电化学电池堆中，相邻的电化学单元电池单体之间共用双极板160和框架层150。图13示出了示例性的三电池单体式电化学电池堆的示意图，在该电化学电池堆中，图10A至图10C的软品组件和图12A至图12C的硬品组件以交替方式堆叠。更特别地，电化学电池堆700包含硬品组件680a-680d和软品组件540a-540c的交替放置，这形成了电化学单元电池单体702a-702c。电化学单元电池单体702a-702c共用共同的双极板。电化学电池堆700的上端和下端处的电化学单元电池单体702a和702c与图8中描绘的构造略有不同，不同之处在于双极板410a和410d不是电化学电池堆700的末端。而是，来自硬品组件680a和680d的附加框架层是电化学电池堆700的末端，并且如有需要，可以用于配合附加的电化学电池单体。可以在随后的制造步骤中以适当的部件终止硬品组件680a和680d中的附加框架层。替代地，可以仅在单侧上与框架层分开地制造硬品组件680a和680d。
现在将更详细地描述通过在单个生产线中制造软品组件和硬品组件并将它们组合而以联合的方式直接生产电化学单元电池单体的工艺。例如图7中所示的构造，这种电化学单元电池单体可以具有来自在电化学电池堆中彼此邻接的相邻的电化学单元电池单体的双极板。邻接的双极板之间的接触压力可以在相邻的电化学单元电池单体之间建立导电性。使用下文中描述的组合式生产线制造电化学单元电池单体的特别优点在于：在完成制造过程时，软品组件被完全夹在两个硬品组件之间，从而有助于保护其中的易碎的隔板免受损坏。
图14示出了能够以连续方式生产电化学单元电池单体的示例性生产线的示意图。如图14中所描绘的，形成所述软品和硬品的源材料中的每一个都是从卷状源供应的。再次，这些源材料将视情况由其在图2至图8中的附图标记指代，并且可以通过参考这些前述附图来更好地理解图14。
如图14中所示，卷盘802将一卷隔板102供应到生产线800。卷盘804和806类似地供应一卷形成阴极104和阳极106的材料。在包含辊810的工位809处进行阴极104和阳极106到隔板102的层压。可以应用在工位809处的合适的层压技术包括例如热层压、冷层压、印刷、粘合剂结合(例如使用压敏粘合剂)等。尽管图14中未示出，形成阴极104和阳极106的材料能够以某种方式被处理，以便于它们层压到隔板102。例如，能够以热塑性材料浸注阴极104和阳极106的边缘来提供用于进行压敏结合的合适位置。可以利用与图9中所示的机构类似的机构来施加压敏粘合剂。由于生产线800生产与图7的电化学单元电池单体类似的电化学电池单体，因此与在图9中的生产线500中加工的软品相比，在生产线800中加工的软品中存在某些差异。然而，本领域普通技术人员可以容易地理解将如何改造生产线500以用与图14一致的方式加工所述软品。在将所得到的层压体传送到包含模具814的工位813时，可以对外周进行部分模切(例如吻切)以准备好所述软品，用于进一步将所述硬品粘附到所述软品。然后，由模切导致的废料可以重新卷绕到卷盘818上。
然后，离开工位813的所得到的软品组件可以具有分别使用从供应臂840、860和880接收的材料在工位841、861和881处施加的硬品组件的各种层。下面进一步详细描述了这些层压操作中的每一个。
供应臂840从卷盘820提供用于形成框架层120和120'的材料。压敏粘合剂被从卷盘822松开并在包含辊826的工位825处进行到框架层材料的层压。所得到的层压体传送到用模具830进行模切的工位829。模切形成了框架层材料中的孔口，该孔口最终变成窗口122和122'。然后，压敏粘合剂的暴露的背衬层被除去并且可以重新卷绕在卷盘832上。
供应臂840还从卷盘834提供用于形成框架层130和130'的材料，并且随后在工位835处使用模具836对该材料进行模切。模切形成了孔口，该孔口最终变成窗口132和132。然后在包含辊838的工位837处将框架层130和130'的被模切的材料层压到框架层120和120'上的暴露的压敏粘合剂上。然后，所得到的框架层120、120'、130和130'的层压体前进到工位841并使用辊839进行与所述软品组件的层压。替代地，用于形成框架层120和120'的材料可以与框架层130和130'的材料分开地被层压到所述软品组件，在这种情况下，用于框架层130和130'的材料可以由单独的供应臂提供。
供应臂860提供用于形成框架层140和140'的材料。供应臂860基本类似于图11中的供应臂630，因此将仅简要描述供应臂860。也就是说，供给臂860包含卷盘862和864，卷盘862和864分别以卷状形式提供框架层材料和压敏粘合剂。框架层材料和压敏粘合剂在包含辊866的工位865处经受层压。在离开工位865之后，所得到的框架层材料和压敏粘合剂的层压体行进到工位867，在工位867处，用模具868进行的模切形成了孔口，该孔口最终变成框架层140和140'内的窗口142和142'以及流动通道144和144'。然后，用于压敏粘合剂的背衬层被除去并且可以重新卷绕在卷盘870处。之后，框架层材料在包含辊860的工位861处经受与框架层130和130'的层压。
供应臂880提供用于形成框架层150和150'以及双极板160和160'的材料。也就是说，供应臂880包含卷盘882和884，卷盘882和884分别以卷状形式提供框架层材料和压敏粘合剂。框架层材料和压敏粘合剂在包含辊886的工位885处经受层压。在离开工位886之后，所得到的框架层材料和压敏粘合剂的层压体行进到工位887，在工位887处，用模具888进行的模切形成了孔口，该孔口最终变成框架层150和150'内的窗口152和152'。然后在工位891处施加来自浴槽890和辊892的粘合剂。如上文参考图11所讨论的，也能够以其它方式将粘合剂施加到框架层材料。然后将涂有粘合剂的材料传送到工位895，以附接双极板160和160'。
用于形成双极板160和160的材料由卷盘894供应并传送到工位895。在到达工位895时，来自工位891的双极板材料和涂有粘合剂的框架层材料通过辊898，这导致双极板材料粘附到涂有粘合剂的框架层。该双极板材料封闭了先前在工位887处在框架层材料中形成的孔口(即窗口152和152')。可以在工位895处应用各种结合技术，例如上文参考图11所讨论的那些。
用于压敏粘合剂的背衬层然后被去除并且可以重新缠绕在卷盘900处。随后，所得到的框架层材料和被粘合剂结合的双极板材料的层压材料前进到包含辊880的工位881，以层压到框架层140和140'。然后可以在工位903处使用模具904进行模切，以形成所完成的电化学单元电池单体，该电化学单元电池单体与图6中所示的电化学单元电池单体类似。然后，可以在工位905处将成品的电化学单元电池单体加工成片材。
尽管图14已示出了单个电化学电池单体的连续生产，但应认识到，附加的软品组件和硬品组件可以被合并到单个生产线中以制造具有不止一个电化学单元电池单体的电化学电池堆。例如，多条生产线800可以并行操作，并且离开每条生产线的成品电化学单元电池单体可以自主地邻接在一起以形成电化学电池单体堆。替代地，可以进一步改造生产线800以将各个电化学单元电池单体彼此堆叠而不依靠多条生产线。更进一步替代地，通过在连续生产线环境之外以手动、自动或半自动方式将各个电化学单元电池单体彼此堆叠，可以将多个电化学单元电池单体彼此层压。用于将相邻的电化学单元电池单体彼此粘附的合适技术可以包括例如粘合剂结合、激光焊接、热压、超声波焊接、机械紧固等。替代地，电化学电池堆中的相邻的电化学单元电池单体可以彼此压缩而不变得粘附在一起。
在一些实施例中，合并了本公开的电化学单元电池单体的液流电池适合于数小时时长的持续充电或放电循环。因此，它们可以用于使能量供应/需求曲线平滑并提供用于稳定间歇发电资产(例如来自诸如太阳能和风能的可再生能源)的机制。然后，应当理解，本公开的各种实施例包括期望这种长的充电或放电时长的能量存储应用。例如，在非限制性示例中，液流电池可以连接到电网以允许可再生能源整合、峰值负荷移动、电网固化(gridfirming)、基荷发电和消耗、能量套利、输电和配电资产延期、弱电网支持、频率调节或其任意组合。当未连接到电网时，液流电池可以用作用于远程营地、前线操作基地、离网远程通信、远程传感器等及其任意组合的电源。此外，应当理解，除了液流电池之外的电化学能量存储介质也可以包括本文中公开的电化学单元电池单体，包括利用静止的电解质溶液的电化学单元电池单体。
在另外的实施例中，本公开的电化学单元电池单体、电化学电池单体堆和液流电池可以被合并到更大的能量存储系统中，适当地包括可用于操作这些大型单元的管道和控制器。适用于这种系统的管道、控制器和其它设备在本领域中是已知的，并且可以包括例如用于将电解质溶液移入和移出电池单体的与各个腔室流体连通的管道和泵以及用于保存充电和放电的电解质的储存罐。也可以存在操作管理系统。该操作管理系统可以是任何合适的控制器装置，例如计算机或微处理器，并且可以包含逻辑电路，该逻辑电路设定各种阀、泵、循环回路等中的任何一个的操作。
如果本领域普通技术人员未在上文中另外限定或理解以下段落中的定义，则以下段落中的定义将适用于本公开。
如本文中所用，术语“能量密度”是指活性材料中每单位体积可以储存的能量的量。能量密度是指能量存储的理论能量密度，且可以通过公式1来计算：
能量密度＝(26.8A-h/mol)x OCV x[e-] (1)
其中，OCV是50％的荷电状态下的开路电位，(26.8A-h/mol)是法拉第常数，并且[e-]是在99％的荷电状态下的储存在活性材料中的电子的浓度。在活性材料主要是正电解质和负电解质的原子或分子种类的情况下，[e-]可以通过公式2被计算为：
[e-]＝[活性材料]x N/2 (2)
其中，[活性材料]是负极电解质或正极电解质(取其较低者)中的活性材料的摩尔浓度，并且N是每分子活性材料转移的电子数。相关术语“电荷密度”是指每种电解质所含的电荷总量。对于给定的电解质，电荷密度可以通过等式3来计算：
电荷密度＝(26.8A-h/mol)x[活性材料]x N (3)
其中，[活性材料]和N如上文所定义。
如本文中所用，术语“电流密度”是指电化学电池单体中通过的总电流除以该电池单体的电极的几何面积，并且通常以mA/cm2为单位来记录。
如本文中所用，术语“电流效率”(Ieff)可以被描述为电池单体放电时产生的总电荷与充电期间通过的总电荷之比。电流效率可以是液流电池的荷电状态的函数。在一些非限制性实施例中，可以在约35％至约60％的荷电状态范围内评价电流效率。
如本文中所用，术语“电压效率”可以被描述为在给定的电流密度下观察到的电极电位与该电极的半电池单体电位之比(x 100％)。可以针对电池充电步骤、放电步骤或“往返电压效率”来描述电压效率。可以使用公式4从电池单体的放电下的电压(Vdischarge)和充电下的电压(Vcharge)来计算给定的电流密度下的往返电压效率(Veff,RT)：
Veff,RT＝Vdischarge/Vcharge x 100％ (4)
如本文中所用，术语“负电极”和“正电极”是相对于彼此限定的电极，使得在充电循环和放电循环中，负电极在负于正电极的电位下工作或者被设计或意图在负于正电极的电位下工作(反之亦然)，独立于正电极和负电极工作时的实际电位。负电极实际可以或可以不相对于可逆氢电极在负电位下工作或者被设计或意图相对于可逆氢电极在负电位下工作。如本文中所述，负电极与第一电解质溶液相关联，并且正电极与第二电解质溶液相关联。与负电极和正电极相关的电解质溶液可以被分别描述为负性电解质(negolytes)和正性电解质(posolytes)。
如本文中所用，术语“负极”和“正极”是相对于彼此限定的电极，使得在充电和放电循环中，负极在负于正极的电位下工作或者被设计或意图在负于正极的电位下工作(反之亦然)，独立于正极和负极工作时的实际电位。负极可以或可以不相对于可逆氢电极在负电位下实际工作或者被设计或意图相对于可逆氢电极在负电位下实际工作。如本文中所述，负极与第一电解质溶液相关联，正极与第二电解质溶液相关联。与负极和正极相关的电解质溶液可以被分别描述为负性电解质(negolytes)和正性电解质(posolytes)。
尽管已经参考所公开的实施例描述了本公开，但本领域技术人员将容易理解，这些仅是本公开的示例性内容。应该理解，在不脱离本公开的精神的情况下，可以进行各种修改。本公开可以被修改以合并此前未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替换或同等布置。另外，虽然已经描述了本公开的各种实施例，但应理解，本公开的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本公开不应被视为受限于前文的描述。

Claims (22)

1.一种电化学单元电池单体，包括：
隔板，所述隔板被布置在第一电极和第二电极之间；
其中，所述第一电极和所述第二电极被设定尺寸和位置，使得所述隔板的相反两侧上存在不与所述第一电极及所述第二电极接触的第一周边区域和第二周边区域；
第一双极板，所述第一双极板与所述第一电极接触；
第二双极板，所述第二双极板与所述第二电极接触；
第一可压缩密封件，所述第一可压缩密封件在所述隔板上布置在所述第一周边区域中；
第二可压缩密封件，所述第二可压缩密封件在所述隔板上布置在所述第二周边区域中；
第一框架层和第二框架层，所述第一框架层和所述第二框架层被限定为围绕所述第一可压缩密封件和所述第二可压缩密封件的外周；
第三框架层，所述第三框架层与所述第一可压缩密封件接触且与所述第一框架层接触；
第四框架层，所述第四框架层与所述第二可压缩密封件接触且与所述第二框架层接触；
第五框架层，所述第五框架层与所述第三框架层相邻；
第六框架层，所述第六框架层与所述第四框架层相邻；
第七框架层，所述第七框架层与所述第五框架层相邻；
其中，所述第一双极板被粘附到所述第七框架层并封闭所述第七框架层中的窗口；以及
第八框架层，所述第八框架层与所述第六框架层相邻；
其中，所述第二双极板被粘附到所述第八框架层并封闭所述第八框架层中的窗口；并且
其中，所述框架层中的每一个均包括非导电材料。
2.根据权利要求1所述的电化学单元电池单体，其中，所述第五框架层和所述第六框架层中的至少一个框架层具有限定在该至少一个框架层中的流动分配通道。
3.根据权利要求1所述的电化学单元电池单体，其中，所述第五框架层与所述第三框架层接触，所述第六框架层与所述第四框架层接触，所述第七框架层与所述第五框架层接触，并且所述第八框架层与所述第六框架层接触。
4.根据权利要求1所述的电化学单元电池单体，其中，所述隔板、所述第一电极、所述第二电极、所述第一双极板、所述第二双极板、所述第一可压缩密封件、所述第二可压缩密封件、以及所述框架层中的每一个框架层均由卷状源材料制造。
5.根据权利要求1所述的电化学单元电池单体，其中，所述第一、第三、第五和第七框架层被共同地彼此粘附，并且所述第二、第四、第六和第八框架层被共同地彼此粘附。
6.一种电化学电池堆，包括：
多个根据权利要求1所述的彼此邻接在一起的电化学单元电池单体。
7.根据权利要求6所述的电化学电池堆，其中，所述电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体共用共同的双极板和共同的框架层，所述共同的框架层被粘附到所述共同的双极板。
8.根据权利要求6所述的电化学电池堆，其中，所述电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体具有来自第一电化学单元电池单体的、与来自第二电化学单元电池单体的双极板邻接在一起的双极板。
9.一种电化学单元电池单体，包括：
隔板，所述隔板被布置在第一电极和第二电极之间；
其中，所述第一电极和所述第二电极被设定尺寸和位置，使得所述隔板的相反两侧上存在不与所述第一电极及所述第二电极接触的第一周边区域和第二周边区域；
第一双极板，所述第一双极板与所述第一电极接触；
第二双极板，所述第二双极板与所述第二电极接触；
第一框架层，所述第一框架层在所述第一周边区域中被层压到所述隔板；
第二框架层，所述第二框架层在所述第二周边区域中被层压到所述隔板；
第三框架层，所述第三框架层与所述第一框架层相邻；
第四框架层，所述第四框架层与所述第二框架层相邻；
第五框架层，所述第五框架层与所述第三框架层相邻；
第六框架层，所述第六框架层与所述第四框架层相邻；
第七框架层，所述第七框架层与所述第五框架层相邻；
其中，所述第一双极板被粘附到所述第七框架层并封闭所述第七框架层中的窗口；以及
第八框架层，所述第八框架层与所述第六框架层相邻；
其中，所述第二双极板被粘附到所述第八框架层并封闭所述第八框架层中的窗口；并且
其中，所述框架层中的每一个均包括非导电材料。
10.根据权利要求9所述的电化学单元电池单体，其中，所述第五框架层和所述第六框架层中的至少一个框架层具有限定在该至少一个框架层中的流动分配通道。
11.根据权利要求9所述的电化学单元电池单体，其中，所述第三框架层与所述第一框架层接触，所述第四框架层与所述第二框架层接触，所述第五框架层与所述第三框架层接触，所述第六框架层与所述第四框架层接触，所述第七框架层与所述第五框架层接触，并且所述第八框架层与所述第六框架层接触。
12.根据权利要求9所述的电化学单元电池单体，其中，所述隔板、所述第一电极、所述第二电极、所述第一双极板、所述第二双极板、以及所述框架层中的每一个框架层均由卷状源制造。
13.根据权利要求9所述的电化学单元电池单体，其中，所述框架层中的每一个被共同地彼此粘附。
14.一种电化学电池堆，包括：
多个根据权利要求9所述的彼此邻接在一起的电化学单元电池单体。
15.根据权利要求14所述的电化学电池堆，其中，所述电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体具有来自第一电化学单元电池单体的、与来自第二电化学单元电池单体的双极板邻接在一起的双极板。
16.根据权利要求14所述的电化学电池堆，其中，所述电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体共用共同的双极板和共同的框架层，所述共同的框架层被粘附到所述共同的双极板。
17.一种方法，包括：
将隔板材料的卷、阴极材料的卷和阳极材料的卷供应到生产线；
在所述生产线中的第一位置处将所述阴极材料和所述阳极材料粘附在所述隔板材料的相反两侧上，从而形成软品组件；
将第一绝缘材料的卷和第二绝缘材料的卷供应到所述生产线；
在所述生产线中在所述第一绝缘材料和所述第二绝缘材料内限定窗口，在所述生产线中将包括所述第一绝缘材料的第一框架层和第二框架层粘附在所述软品组件的相反两侧上，并且在所述生产线中将第三框架层粘附到所述第一框架层上并将第四框架层粘附到所述第二框架层上，所述第三框架层和所述第四框架层包括所述第二绝缘材料；
将第三绝缘材料的卷供应到所述生产线；
在所述生产线中在所述第三绝缘材料内限定窗口，并且在所述生产线中将第五框架层粘附到所述第三框架层上并将第六框架层粘附到所述第四框架层上，所述第五框架层和所述第六框架层包括所述第三绝缘材料；
将第四绝缘材料的卷和双极板材料的卷供应到所述生产线；并且
在所述生产线中在所述第四绝缘材料内限定窗口，在所述生产线中将所述双极板材料粘附到所述第四绝缘材料，使得所述第四绝缘材料中的所述窗口被所述双极板材料封闭，并且在所述生产线中将第七框架层粘附到所述第五框架层并将第八框架层粘附到所述第六框架层，从而形成电化学单元电池单体，所述第七框架层和所述第八框架层包括所述第四绝缘材料；
其中，所述第一绝缘材料的所述窗口、所述第二绝缘材料的所述窗口和所述第三绝缘材料内的所述窗口在被布置为所述第一、第二、第三、第四、第五和第六框架层时彼此重叠；并且
其中，所述双极板材料接触在所述软品组件的相反两侧上的所述阴极材料和所述阳极材料。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在将所述第一框架层和所述第二框架层粘附到所述软品组件上之前，将所述第一绝缘材料和所述第二绝缘材料彼此粘附。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，使用压敏粘合剂将所述阴极材料和所述阳极材料粘附到所述隔板材料。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述框架层中的每一个被共同地彼此粘附。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将多个所述电化学单元电池单体彼此串联连接；
其中，所述电化学电池堆内的相邻的电化学单元电池单体具有来自第一电化学单元电池单体的、与来自第二电化学单元电池单体的双极板邻接在一起的双极板。
22.一种方法，包括：
将第一绝缘材料的卷供应到生产线；
在所述生产线中在所述第一绝缘材料内限定窗口；
将双极板材料的卷供应到所述生产线；
在所述生产线中将所述双极板材料粘附到所述第一绝缘材料，使得所述第一绝缘材料中的所述窗口被所述双极板材料封闭；
将第二绝缘材料的卷供应到所述生产线；
在所述生产线中在所述第二绝缘材料内限定窗口，并将所述第二绝缘材料粘附在所述第一绝缘材料的相反两侧上；
将第三绝缘材料的卷供应到所述生产线；
在所述生产线中在所述第三绝缘材料内限定窗口，并将所述第三绝缘材料粘附到在所述第一绝缘材料的相反两侧上的所述第二绝缘材料；
将第四绝缘材料的卷供应到所述生产线；以及
在所述生产线中在所述第四绝缘材料内限定窗口，并将所述第四绝缘材料粘附到在所述第一绝缘材料的相反两侧上的所述第三绝缘材料。
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