CN110148772A - 一种电堆封装工艺及电堆组件 - Google Patents

Abstract

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。该工艺通过在封板和电堆元件之间设置激光吸收层，利用聚合物材料封板和激光吸收层对激光吸收率的差异实现封板和电堆元件的熔融耦合，对将电堆元件的每一组件的侧面均熔融密封，使得液流电池的密封性能提升，并通过熔融耦合关系，使得电堆元件内各个组件之间的间隙保持一致，单电池之间均一性好，进一步提升电堆的使用寿命。

Description

一种电堆封装工艺及电堆组件

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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，通过设置在所述电堆元件和所述封板之间的激光吸收层将所述封板与所述电堆元件耦合，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：

在激光照射下，所述激光吸收层熔融形成聚合物熔体，使封板和电堆元件耦合；

或，

在激光照射下，所述激光吸收层使封板和电堆元件相向的表面形成聚合物熔体，使封板和电堆元件耦合。

优选的，在第一条件中，垂直于所述封板向所述激光吸收层施加第二预紧力，所述激光吸收层在第二预紧力的作用下将封板耦合在所述电堆元件的端面。

优选的，所述得到电堆组件中，所述封板对电堆组件中各相邻组件施加有保持紧密贴合的应力。

优选的，所述激光吸收层为通过预添加激光吸收剂得到的层。

优选的，当所述激光吸收层为独立于所述封板和所述电堆元件的片层时，所述预添加激光吸收剂具体为：

将所述激光吸收剂添加至至少所述激光吸收层的表面；

或，

在热作用下将激光吸收剂添加至激光吸收层中的部分。

优选的，当所述光吸收层为预制在所述电极组件和/或所述封板表面时；所述预添加激光吸收剂具体为：

将所述激光吸收剂添加至封板一侧；

或将所述激光吸收剂添加至电堆元件相向所述封板的侧面；

或将所述激光吸收剂添加至电堆元件和所述封板相向的侧面；

或在热作用下将激光吸收剂添加至封板一侧的部分；

或在热作用下将激光吸收剂添加至电堆元件相向所述封板的侧面的部分；

或在热作用下将激光吸收剂添加至电堆元件和所述封板相向的侧面的部分。

优选的，所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；

所述电极组件与相邻的导流框通过热熔耦合连接，所述电极组件的端面和所述导流框的端面使用在热作用下与所述封板具有相容性的材料。

优选的，在第一条件下，每一所述电极组件、导流框均通过激光吸收层与所述封板耦合。

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，所述电堆通过上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一侧的聚合物框体，所述双极板与相邻的聚合物框体通过热熔耦合连接，所述双极板的端面和所述聚合物框体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，每一所述电极组件的端面与所述封板的相向侧面均通过激光吸收层与所述封板耦合。

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。在封板和电堆元件之间设置有激光吸收层，所述激光吸收层用于吸收激光的光能转化为热能，将封板通过熔融耦合在电堆元件上。由于电堆元件是若干层状结构的组件堆叠形成的，每一导流框内均导入有电解液，当封板熔融耦合在电堆元件平行于堆叠方向的周面上时，将每一电极组件的侧面均熔融密封，使得液流电池的的密封性能提升。

所述电堆元件包括电极组件、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，所述导流框通过第二激光吸收层耦合在电极组件上，在垂直于电极组件施加第一预紧力时，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池的一致性。由于单电池的一致性高，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为本发明封装工艺实施例1的加工原理图；

图2为通过本申请所公开的工艺制备得到的电堆组件示意图；

图3为电堆组件中各元件堆叠的结构示意图；

图4为本发明封装工艺实施例2的加工原理图

图5为本发明封装工艺实施例3的加工原理图；

图6为本发明封装工艺实施例4的加工原理图；

图7为本发明封装工艺实施例5的加工原理图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

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双极板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，因此本申请的单电池包括：堆叠的双极板中单侧的集流体、导流框、碳毡、离子交换膜、碳毡、导流框和双极板中单侧的集流体。

本申请公开一种电堆封装工艺，在第一条件下，将电堆元件和封板通过激光吸收层耦合，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电极组件堆叠方向的第一预紧力，提高电堆组件的均一性，进一步改善电堆组件的使用寿命。具体的：

实施例1，可封装如图1所示的结构得到如图2所示的电堆电堆组件：

如图2在平行于电堆元件1中各个层状组件堆叠方向的周面设置激光吸收层3A和封板4；

在第一条件下，电堆元件1和封板4之间的激光吸收层3A将封板4与所述电堆元件1耦合，得到电堆。

具体的，本实施例中所述第一条件包括：

向封板4施加第二预紧力，使封板4、激光吸收层3A和电堆元件1之间紧密贴合；

沿着各个层状组件堆叠方向向电堆元件1施加第一预紧力；

向封板4照射激光，在激光照射下，所述激光吸收层3A熔融形成聚合物熔体，使封板4和电堆元件1耦合，得到电堆。

在对封板4照射激光的过程中，始终垂直于所述封板4向所述激光吸收层3A施加第二预紧力，所述激光吸收层3A在第二预紧力的作用下将封板4耦合在所述电堆元件1的端面。第二预紧力既可以由用于固定激光吸收层3A和封板4的独立夹具提供，也可以由激光焊接设备直接提供，而无需单独设置夹具。

所述第二预紧力可以使封板4贴合在电堆元件1的周面，激光穿过封板4，使激光吸收层3A处形成的聚合物熔融层，该聚合物熔融层在第二预紧力的作用下聚合物分子重新交联组合，形成的耦合层具有重新排列的化学键，由于聚合物分子在压力和激光作用下重新交联，形成的交联层链缠结密度增大，通过热扩散作用逐渐相互贯穿和再缠结，增加了分子链紧密堆积程度，与电解液之间的化学活性较低，在改善封板耦合的机械性能的同时，可以提高封板的耐候性。当第二预紧力由独立的夹具提供时，所述夹具优选为具有较高平面度的平板式夹具，该夹具优选为导热性能优于封板的材料制成的平板，不仅可以传递封板热量及时散热，还可以对封板提供均匀的预紧力，从而保证封板可以在平整度较高的情况下被焊接；当第二预紧力由焊接设备直接提供时，第二预紧力对聚合物熔融层施加外力，消除聚合物熔体热膨胀产生的热应力，在封板其他部分与电堆元件表面充分接触的前提下，封板焊接过程中也可以保证较高的平整度，进而保证电堆元件中各个组件的电化学性能。当局部被焊接时，在第二预紧力下封板带焊接的其他部分与电堆元件周面充分接触，即使聚合物熔体热膨胀仍然能够保证封板耦合后的平面度，对应的，聚合物熔体固化产生的内应力也不会影响封板整体的平面度，进而提高电堆元件中每一组件之间间隙的均一性。

对该实施例而言，所述激光吸收层3A为预添加有激光吸收剂的聚合物片层，该聚合物独立于封板4和电堆元件1，在第一条件下，所述激光吸收层3A接收激光光束的能量并转化为热能，至少激光吸收层3A受热形成聚合物熔体，在第二预紧力的作用下将封板4和电堆元件1耦合。耦合完成后，激光吸收层3A与封板4和电堆元件1一体成型地连接，当激光吸收层3A中预添加的激光吸收剂为与封板4、电堆元件1有明显颜色差异的深色激光吸收剂时，耦合得到的电堆封装结构沿封板4厚度方向形成可被观察到的掺杂有激光吸收剂的区域。当激光吸收层3A中预添加的激光吸收剂为无色或与封板4、电堆元件1颜色相近或相同的激光吸收剂时，当耦合完成后，激光吸收层3A也可以形成沿封板4厚度方向形成无法被区别的区域。

由于在第一条件下，封板4在其所在平面的方向上局部形成熔融后再冷却固化，当第二预紧力始终施加于熔融部分时，可以有效避免聚合物熔体热膨胀导致的翘曲或变形，此外，由于第二预紧力的存在，结合局部熔融的封装工艺可以有效消除固化过程中产生的内应力，进一步提高耦合下封板的平面度，防止封板发生翘曲。

在本申请中，如图3所示，不限于本实施例，所述电堆元件1的层状组件包括离子交换膜21、碳毡22、导流框23和电极组件，碳毡22、导流框23和电极组件依次对称设置在离子交换膜21两侧，其中，所述导流框23和其相邻的电极组件的四周通过激光熔融耦合。所述导流框23周边区域与所述电极组件周边区域为在热作用下具有相容性的材料。

电极组件包括双极板25和设置在双极板25两侧的聚合物框体24，双极板25中混合有导电石墨，可以作为激光吸收剂使用，因此，本申请中，激光穿透聚合物框体24并被双极板25材料吸收激光转化为热能实现耦合。在本申请中，更优选的，所述电极组件两侧设置有聚合物框体24，所述聚合物框体24夹持所述电极组件并通过激光熔融耦合。所述聚合物框体24可以覆盖导流框23上的流道区域，在聚合物框体24和所述导流框23之间设置第二激光吸收层，在激光透射下使聚合物框体24和所述导流框23之间熔融耦合。所述第二激光吸收层可以为本申请公开的激光吸收层3A相同结构和材料，聚合物框体24覆盖在导流框23的流道区域，使导流框23流道与双极板25边缘隔离，可以有效避免流道中电解液对双极板边缘构成氧腐蚀导致碳流失的问题，进而减少双极板电阻升高，单电池的正极一侧的电极组件材料出现鼓胀，进而减小双极板因导电材料流失导致的电阻率增长，提高了电堆使用寿命。

此外，由于本申请中所述电极组件的端面和所述导流框23的端面为与在热作用下与所述封板4具有相容性的材料，因此，本申请中通过各元件堆叠形成的所述电堆元件1的周面在热作用下与所述封板4也具有相容性。

所述的封板4、双极板25端面、导流框23端面、聚合物框体24和激光吸收层3A所使用的聚合物可以为一种聚合物树脂或多种聚合物树脂的混合物。该一种或多种聚合物树脂优选为热塑性聚合物。该聚合物树脂包括但不限于，聚酯(包括芳香族、半芳香族、和脂族聚酯)；液晶聚合物包括液晶聚酯；聚酰胺包括芳香族、半芳香族、脂肪族聚酰胺；聚碳酸酯；聚甲醛；聚酰亚胺；聚苯并咪唑；聚酮；聚醚醚酮；聚醚酮；聚醚砜；苯氧基树脂；聚苯乙烯；聚氯乙烯、聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物等)；ABS；PVDF等。

该聚合物还可以添加有其他添加物，如增强结构强度的玻璃纤维，或具有如抗氧化剂、颜料、染料、热稳定剂、UV光稳定剂、耐候稳定剂、脱模剂、润滑剂、成核剂、增塑剂、抗静电剂、阻燃剂等等。例如，为了缓解电极组件被电解液的腐蚀，电极组件还可以附加抗氧化剂等，具体附加的组分可根据电堆组件实际需要的性质进行选择。

所述封板4的聚合物材料对激光应当具有较好的激光透射率，不限于本实施例，所谓的较好的激光透射率，是指无论该封板4是否着色、透明或存在漫反射表面，封板4对某一可用于焊接的激光优选为波长为750～2500nm的激光的激光透射率大于或等于20％。对本申请而言，激光可以相对较优的透射封板4并在激光吸收层3A表面被吸收，更优选的，设所述封板4入射激光一侧的材料对激光的吸光率为a，设所述激光吸收层3A的激光吸光率为b，a和b满足以下关系：

b-a≥20％。

对本申请而言，当封板4和激光吸收层3A满足上述关系时，激光透射封板4远离激光吸收层3A的一侧，并使激光被激光吸收层3A吸收产生热量，激光吸收层3A将热能传递至封板4和电堆元件1的表面，使封板4和电堆元件1的表面因聚合物熔体耦合，当垂直于封板4向激光吸收层3A施加第二预紧力时，聚合物熔体产生不可逆形变，从而实现耦合。因此，在本申请中，封板4和激光吸收层3A的颜色和透明度不作为本申请对激光焊接效果的限定，也并不是实现耦合的必要因素。

本实施例中，所述激光吸收层3A为预添加可以减少激光透射率的激光吸收剂得到的片状聚合物层，本实施例中的激光吸收剂不限于对于该组合物吸收激光有帮助的深色激光吸收剂如炭黑、苯胺黑、油墨，也可以为多环有机化合物、金属氧化物、混合金属氧化物、金属络合物、金属硫化物、金属硼化物、金属磷酸盐、金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属氮化物、六硼化镧、氧化铯钨、氧化铟锡、氧化锑锡、氧化铟锌及其混合物等浅色或无色的激光吸收剂。本实施例中的激光吸收剂均匀地分布在聚合物层的至少部分，形成在厚度方向上部分或全部具有激光吸收能力的厚度均匀的薄片，也可以通过掺杂、渗透、覆盖的方式添加至至少所述激光吸收层的表面。激光吸收层3A设置在封板4和电堆元件1之间，或粘附于封板4或电堆元件1上，当垂直于封板4施加预紧力时，激光吸收层3A可以和封板4、电堆元件1均保持良好的接触。

在实际的加工中，激光穿过封板4并被激光吸收层3A吸收，该激光吸收层3A的导热率小于1W/(m·K)，因此，激光吸收剂均匀分布且厚度不大于1.8mm，进而在第一条件下形成具有一定抗张强度的符合实际需要的焊缝。

本实施例中，对于聚合物作为基体形成的激光吸收层而言，激光照在聚合物表面被吸收转化为热量，但由于本申请使用的聚合物的热导率小，吸收的热能无法及时地在厚度方向上传导，只在接触面附近的薄层发生熔融，因此所述激光吸收层3A的厚度不大于1.8mm。

基于上述原因，当聚合物在无外力的作用下自由搭接在一起时，由于表面粗糙、不平度等原因，两板接触面会存在的空隙会影响熔融耦合效果，当激光辐射激光吸收层3A时，能量如果被空气吸收，会导致激光吸收层3A无法积累足够的热能形成聚合物熔体，同时该空隙也影响了热量向电堆元件1或封板4的传递。

此外由于该聚合物层的粘度高，流动性远差于金属材料，因此，所述封板4垂直于所述激光吸收层3施加的第二预紧力可以进一步形成稳定的交联耦合层。

本发明的封装方法中，所述激光照射下使用的激光功率为10-250W，所述激光光束的移动速度为0.5-20mm/s，更优选的，所述激光照射下使用的激光为线能量为1.3-4J/mm的激光光束，在此条件下，垂直于所述封板向所述激光吸收层施加第二预紧力，在本申请中，不限于本实施例，所述第二预紧力施加在封板上的压强不小于0.01MPa。所述第二预紧力可以使激光吸收层形成的聚合物熔融层形成均匀稳定的耦合层，该耦合层中聚合物分子重新交联组合，形成的耦合层具有重新排列的化学键，由于聚合物分子在压力和激光作用下重新交联，形成的交联层链缠结密度增大，通过热扩散作用逐渐相互贯穿和再缠结，增加了分子链紧密堆积程度，激光吸收剂均匀的分布在交联层中，并与聚合物分子交联，具有非极性，与电解液之间的化学活性较低，在改善封板耦合的机械性能的同时，可以提高封板的耐候性。

激光器是发射750～2500nm波长范围的任意激光器。优选激光器为YAG或二极管激光器。优选波长是近红外例如808、940、980nm等。

本申请还保护该工艺实施例1加工得到的电堆，结合图1、图2和图3，包括电堆元件1和设置于所述电堆元件1外部的封板4。所述电堆元件1包括堆叠的离子交换膜21、碳毡22、导流框23和电极组件。电堆元件1平行于电极组件堆叠方向的周面设置有封板4，所述封板4首尾相连覆盖电堆元件1堆叠方向的周面。封板4和电堆元件1之间通过所述激光吸收层3A用于在第一条件下使电堆元件1的周面堆叠的每一层电极组件、导流框23的侧边均与封板4耦合。

在该电堆实施例中，电堆元件1在承受第一预紧力的条件下被耦合至封板4上，由于封板4覆盖在电堆元件1的四周，使得当第一预紧力被撤销时，电堆元件1仍然承受着封板4及耦合区域提供的应力。在本申请中，不限于本实施例，所述第一预紧力向所述电堆元件施加不小于0.1MPa的压力。因为电堆元件1在压紧的条件下四周被完全耦合在封板4上，当第一预紧力被撤销时，封板4可以向电堆元件1中每一单电池施加阻止其变形、位移的作用力，因此，相邻单电池之间间隙的分布是均匀的，且间隙距离的一致性较高，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各元件之间间隙产生变化。对液流电池而言，这种细小的位移足以影响电堆中单电池的一致性。因此，本申请所公开的电堆组件经过一年持续运行后，单电池内双极板两侧不易膨胀不易变形，不易漏液，该电堆的库仑效率、能量效率、平台电压衰减小于5％，进一步提高了电堆使用寿命。

对本申请所保护的电堆而言，设所述封板4背对所述激光吸收层3A一侧的材料对激光的吸光率为a，设所述激光吸收层3A的对激光的吸光率为b，a和b满足以下关系：b-a≥20％。

激光从封板4一端照射进封板4，在激光吸收层3A被吸收激光转化为热量，至少所述激光吸收层3熔融形成聚合物熔体，使封板4和电堆元件1耦合；在该实施例中，激光吸收层3为预制有激光吸收剂的独立的聚合物片层，在耦合完成后，该激光吸收层完全耦合并扩散在封板4和电堆元件1的表层。若激光吸收层3A中预添加的激光吸收剂为与封板4、电堆元件1有明显颜色差异的深色激光吸收剂时，耦合得到的电堆封装结构沿封板4厚度方向形成可被观察到的掺杂有激光吸收剂的区域；若激光吸收层3A中预添加的激光吸收剂为无色或与封板4、电堆元件1颜色相近或相同的激光吸收剂，当耦合完成后，激光吸收层3A也可以形成沿封板4厚度方向形成无法被区别的区域。

本工艺的另一优选实施例2，与工艺实施例1不同的是，本实施例的激光吸收层3B为预添加激光吸收剂于封板4上形成的层，具体的，如图3所示：

在平行于电堆元件1堆叠方向的周面设置封板4，所述封板4朝向待耦合电堆元件1一侧周面的面上具有激光吸收层3B；在第一条件下，电堆元件1和封板4之间的激光吸收层3B将封板4与所述电堆元件1耦合，得到电堆；

本实施例中，所述第一条件为：

向封板4施加第二预紧力，使封板4压合在电堆元件1上，并使激光吸收层3B和电堆元件1之间紧密贴合；

沿着电极组件堆叠方向向电堆元件1施加第一预紧力；

向封板4照射激光，在激光照射下，所述激光吸收层3B熔融形成聚合物熔体，使封板4和电堆元件1耦合，得到电堆。

对本实施例而言，所述激光吸收层3B为通过将所述激光吸收剂通过热作用添加至封板4一侧得到的层，该层覆盖在封板4上且为封板4的一部分。激光穿过封板4并被激光吸收层3B吸收，激光吸收层3B吸收激光将激光转化为热量并形成聚合物熔体，使相邻的封板4和所述电堆元件1耦合。

在本工艺的另一优选实施例3，与工艺实施例2不同的是，本实施例的激光吸收层3C为预添加激光吸收剂于封板4上形成的膜层，具体的，激光吸收层3C为将所述激光吸收剂通过涂覆、电镀、喷涂、掺杂、渗透等方式覆盖至聚合物表面形成的膜层，所述的聚合物表面可以为封板4的待耦合的表面。在第一条件下时，激光吸收层3C吸收激光将激光转化为热量，自身不形成聚合物熔体，仅将热量传递至相邻的封板4和所述电堆元件1，使相邻的封板4和所述电堆元件1表面形成一定厚度的聚合物熔融层后耦合。

在本工艺的实施例4中，上述激光吸收层3D为预添加激光吸收剂于电堆元件1待耦合表面上形成的膜层，具体的，与实施例3不同的是：

所述预添加激光吸收剂为，通过将电堆元件1的周面通过铣削、镗平或打磨的方式加工平整，然后将所述激光吸收剂通过掺杂、渗透、覆盖的方式添加至电堆元件1相向所述封板4的侧面得到所述激光吸收层3D。

在本工艺的实施例5中，上述激光吸收层3E为预添加激光吸收剂于电堆元件1待耦合表面上形成的层，具体的，与实施例4不同的是：

在本实施例中，预添加为预先将激光吸收剂通过热作用将激光吸收剂添加至电堆元件1相向所述封板4的侧面的部分。如通过热作用在的电极组件外边缘、导流框23边缘等处混合形成一定厚度具有激光吸收性能的层，再将该电堆元件1的周面通过铣削、镗平或打磨的方式加工平整，得到具有平整表面且具有一定厚度的激光吸收层3E。

本领域技术人员在本申请公开的基础上，也可以封板4和电堆元件1一侧表面均设置激光吸收层4，当两激光吸收层4的厚度之和满足实施例1中厚度要求时，两侧激光吸收层4均吸收热量熔融，也可以起到耦合效果。这一修改是本领域技术人员在本申请公开技术方案上所作的常规调整，也应在本申请的保护范围内。

对上述实施例所封装得到的电堆组件进行测试，使用含有1.15mol/L的VOSO₄的电解液，在10mA/cm²时，电压效率的算术平均值为89％，能量效率的算术平均值为86％。使用含有1.15mol/L的VOSO₄的电解液，在充电截止电压为1.5V、放电截止电压为1V条件下进行测试，在持续运转一定周期后对电堆进行检测，得到数据如下：

其中，传统的电堆组件不设置有封板，或通过其他手段而非在激光条件下形成聚合物熔体耦合，因此不具有封板抗张强度和剪切强度测试参数。从上表可以看出，本申请公开的封装工艺可以有效减少双极板端面的电阻率增长。

在经过一定时间的运行后，单电池电压的方差小于6，库伦效率变化小于1％，能量效率变化不超过1.5％，和传统电堆结构相比单电池电压的离散程度小，表明单电池的均一性显著增加，且库伦效率和能量效率变化远小于传统电堆结构，进而延长电堆的使用寿命。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

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，通过设置在所述电堆元件和所述封板之间的激光吸收层将所述封板与所述电堆元件耦合，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：

在激光照射下，所述激光吸收层熔融形成聚合物熔体，使封板和电堆元件耦合；

或，

在激光照射下，所述激光吸收层使封板和电堆元件相向的表面形成聚合物熔体，使封板和电堆元件耦合。

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，垂直于所述封板向所述激光吸收层施加第二预紧力，所述激光吸收层在第二预紧力的作用下将封板耦合在所述电堆元件的端面。

4.根据权利要求1所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，所述得到电堆组件中，所述封板对电堆组件中各相邻组件施加有保持紧密贴合的应力。

5.根据权利要求1所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，所述激光吸收层为通过预添加激光吸收剂得到的层。

6.根据权利要求5所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，当所述激光吸收层为独立于所述封板和所述电堆元件的片层时，所述预添加激光吸收剂具体为：

将所述激光吸收剂添加至至少所述激光吸收层的表面；

或，

在热作用下将激光吸收剂添加至激光吸收层中的部分。

7.根据权利要求5所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，当所述光吸收层为预制在所述电极组件和/或所述封板表面时；所述预添加激光吸收剂具体为：

将所述激光吸收剂添加至封板一侧；

或将所述激光吸收剂添加至电堆元件相向所述封板的侧面；

或将所述激光吸收剂添加至电堆元件和所述封板相向的侧面；

或在热作用下将激光吸收剂添加至封板一侧的部分；

或在热作用下将激光吸收剂添加至电堆元件相向所述封板的侧面的部分；

或在热作用下将激光吸收剂添加至电堆元件和所述封板相向的侧面的部分。

8.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；

所述电极组件与相邻的导流框通过热熔耦合连接，所述电极组件的端面和所述导流框的端面使用在热作用下与所述封板具有相容性的材料。

9.根据权利要求8所述的一种电堆封装工艺，其特征在于，在第一条件下，每一所述电极组件、导流框均通过激光吸收层与所述封板耦合。

10.一种电堆组件，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，所述电堆通过权利要求1-9任一项所述的电堆封装工艺获得。

11.根据权利要求10所述的一种电堆组件，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一侧的聚合物框体，所述双极板与相邻的聚合物框体通过热熔耦合连接，所述双极板的端面和所述聚合物框体的端面为在热作用下与所述封板具有相容性的材料。

12.根据权利要求11所述的一种电堆组件，其特征在于，每一所述电极组件的端面与所述封板的相向侧面均通过激光吸收层与所述封板耦合。