CN116154210A - 一种液流电池电极框及电堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液流电池电极框及电堆，该电极框包括平板状的电极框本体，其特征在于，所述电极框本体一侧表面的边缘具有向外侧延伸出的挡边，所述挡边沿所述电极框本体的边缘连续延伸，所述挡边与所述电极框本体之间具有夹角且夹角为钝角；多个电极框堆叠时，对于相邻的两个电极框，下方的电极框的所述挡边扣在上方的电极框的所述电极框本体的厚度所对应的侧面上，且所述挡边的内侧表面紧贴所述电极框本体的所述侧面以形成焊接面。基于本发明的技术方案，通过在电极框本体的边缘设置挡边，使电极框堆叠时，挡边与相应的电极框本体的厚度对应的侧面之间形成位于电极框最外侧的焊接面，便于焊接操作，有利于提高电堆组装的工作效率。

Description

一种液流电池电极框及电堆

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，特别地涉及一种液流电池电极框及电堆。

背景技术

液流电池是一种新兴的储能电池，而电极框是液流电池的一个重要部件，其用于提供电解液流动通道，固定电极、双极板以及离子传导膜，并能够通过堆叠构成液流电池电堆；同时，电极框也同时作为电堆的外壳。为了保证电堆内部的密封性，堆叠结构中相邻的电极框之间需要进行焊接。

现有技术中，采用的是直接在相邻电极框相互接触的平面上进行焊接或者采用密封材料连接，对于电极框而言，这样的焊接方式只能堆叠一片、焊接一片，影响工作效率。并且，由于液流电池在组装电堆过程中需要一定程度的加压压缩，采用现有技术的焊接方式，不仅在压缩状态下的焊接操作比较困难，而且每一片电极框焊接完成并由压缩状态释放后，其焊接结构在自由状态下的强度难以保证。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种液流电池电极框及电堆，通过在电极框本体的边缘设置挡边，使电极框堆叠时，挡边与相应的电极框本体的厚度对应的侧面之间形成位于电极框最外侧的焊接面，便于焊接操作，有利于提高电堆组装的工作效率。

本发明的一种液流电池电极框，包括平板状的电极框本体，所述电极框本体一侧表面的边缘具有向外侧延伸出的挡边，所述挡边沿所述电极框本体的边缘连续延伸，所述挡边与所述电极框本体之间具有夹角且夹角为钝角；

多个电极框堆叠时，对于相邻的两个电极框，下方的电极框的所述挡边扣在上方的电极框的所述电极框本体的外侧面上，且所述挡边的内侧表面紧贴所述电极框本体的所述外侧面以形成焊接面。

在一个实施方式中，所述挡边相对所述电极框本体的表面的垂直高度小于所述电极框本体的厚度，所述表面为所述电极框本体对应所述挡边所在一侧的表面。通过本实施方式，这样对于一个焊接面来说，保证其范围不会超过其对应的电极框本体的厚度所对应的侧面的范围，一旦焊接面的范围超出电极框本体的厚度所对应的侧面的范围，那么对于电极框的堆叠结构，下方的焊接面将覆盖至其上方的挡边的外表面上，在进行焊接时，此处上方的挡边的内外表面都将受到焊接，容易影响挡边本身结构的稳定性。

在一个实施方式中，所述挡边的厚度大于1mm且小于所述电极框本体的厚度。

在一个实施方式中，所述电极框本体的所述外侧面与所述挡边的外侧面平滑过渡且二者位于同一平面内。通过本实施方式，电极框本体的厚度所对应的外侧面与挡边的外侧面构成一个平面，这样电极框的外观更加整洁、结构更加简单，有用于电极框的堆叠，同时也方便焊接的操作。

在一个实施方式中，所述电极框本体的所述外侧面上通过注塑、印刷或喷涂的方式附着有焊接助剂。通过本实施方式，在电极框堆叠后，焊接助剂位于焊接面处，有利于提高焊接的强度

在一个实施方式中，多个电极框堆叠时，相邻的两个电极框通过激光、超声波或热板的方式在所述焊接面上进行焊接。

在一个实施方式中，所述电极框本体以及所述挡边的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚偏氟乙烯中的一种或其改性聚合物材料。

本发明的一种液流电池电堆，所述电堆由多个液流单电池组成，所述液流单电池包括上述的液流电池电极框。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明提供的一种液流电池电极框及电堆，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

本发明的一种液流电池电极框及电堆，该电极框在电极框本体的边缘设置挡边，在电堆中的相邻电极框之间，挡边内表面与相应的电极框本体的厚度对应的外侧面之间形成焊接面。相较于现有技术中的电极框本体之间形成焊接面，本发明的电极框对应的焊接面位于电极框的最外侧，便于焊接操作，有利于提高电堆组装的工作效率。同时，电堆中的相邻电极框通过焊接进行连接并实现密封，也免去现有技术中的电堆的锁紧结构，简化了电堆的整体结构。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的电极框的结构示意图；

图2显示了本发明的电极框堆叠组成的电堆的结构示意图；

图3显示了本发明的电极框的堆叠结构的局部剖视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

1-电极框本体，11-凸起部，2-挡边，3-焊接面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种液流电池电极框，包括平板状的电极框本体1，电极框本体1一侧表面的边缘具有向外侧延伸出的挡边2，挡边2沿电极框本体1的边缘连续延伸，挡边2与电极框本体1之间具有夹角且夹角为钝角；

多个电极框堆叠时，对于相邻的两个电极框，下方的电极框的挡边2扣在上方的电极框的电极框本体1的外侧面上，且挡边2的内侧表面紧贴电极框本体1的外侧面以形成焊接面3。

具体地，如附图所示，电极框中的电极框本体1呈平板状，其上具有用于组装液流电池双极板、离子隔膜以及正负电极等部件的其他结构，在此对这部分结构不作赘述。电极框中的挡边2位于电极框本体1的边缘并边缘连续延伸，故整体为环形。挡边2与电极框本体1之间具有为钝角的夹角，故挡边2相对于电极框本体1呈现类似通过弯折后的状态，如附图图1与图3所示，挡边2表现为位于电极框本体1的边缘的一圈“翻边”。

多个电极框通过堆叠来组成液流电池的电堆，如附图图2所示。对于相邻的两个电极框，二者堆叠的堆叠结构中，其中一个电极框的挡边2包裹并扣在另一个电极框的电极框本体1的厚度所对应的外侧面上，如附图图3所示。此时，挡边2的内侧表面与电极框本体1的厚度所对应的外侧面紧贴，此处也就形成焊接面3。通过焊接手段对焊接面3进行焊接后，挡边2的内侧表面与电极框本体1的厚度所对应的外侧面之间连接为一体并实现密封，从而电极框本体1的边缘部分与对应的挡边2就构成了电堆的密封外壳，彻底杜绝电解液泄露；同时，多个电极框通过焊接面3的焊接结构即可连接为一体并保持密封性，保证电堆结构的稳定性，进而可以免去电堆原有的螺栓、螺栓以及弹簧等锁紧结构。

在现有技术中，采用电极框之间相互焊接的而组成电堆的技术方案中，相邻电极框之间的焊接是在相当于本发明的电极框本体1的平面上进行的，并且其焊接位置距离电极框本体1的边缘还有一段距离。故在两个电极框堆叠后，焊接位置远离边缘，焊接操作比较困难，也因为焊接困难，只能堆叠一片电极框、焊接一次，工作效率也非常低。同时，电堆在焊接过程中需要一定程度的加压压缩，而现有技术采用的焊接方式，需要多次焊接以及加压、释放，这样焊接结构的强度在加压压力释放后的自由状态下无法得到有效保证。

本发明的电极框结构，焊接面3是由挡边2的内侧表面与电极框本体1的厚度所对应的外侧面所构成，如附图图3所示，焊接面3位于电极框的最外侧边缘，非常利于焊接操作。进而焊接时，可以在电堆的所有电极框堆叠完成后统一加压压缩，然后再整体进行各个电极框之间的焊接面3的逐一焊接，工作效率高，焊接结构的强度也能得到保证。

优选地，电极框本体1的相对挡边2所在一侧的另一侧表面上的边缘处设置有凸起部11。

具体地，如附图图3，多个电极框堆叠后，凸起部11位于相邻的电极框之间，其能够使相邻的电极框之间具有一定宽度的缝隙，进而也就使焊接面3处具有一定宽度的缝隙，这样针对不同的焊接要求，可以为焊接结构提供一定的成型空间。缝隙的宽度通过控制凸起部11的高度来控制，一般来说，凸起部11的高度非常小，零点几毫米甚至更小。

进一步地，凸起部11为沿电极框本体1边缘连续延伸的环形。

在一个实施例中，挡边2相对电极框本体1的表面的垂直高度小于电极框本体1的厚度，表面为电极框本体1对应挡边2所在一侧的表面。

具体地，如附图图3所示，对挡边2的相对高度进行控制，使得电极框堆叠后，一个电极框中的挡边2只能对应相邻电极框的电极框本体1的厚度所对应的外侧面。这样对于一个焊接面3来说，能够保证其范围不会超过其对应的电极框本体1的厚度所对应的外侧面的范围，从而保证电极框堆叠结构的可靠性。

具体来说，一旦焊接面3的范围超出电极框本体1的厚度所对应的侧面的范围，那么对于如附图图3所示的电极框的堆叠结构，下方的焊接面3将覆盖至其上方的挡边2的外表面上，在进行焊接时，此处上方的挡边2的内外表面都将受到焊接，容易影响挡边2本身结构的稳定性。

在一个实施例中，挡边2的厚度大于1mm且小于电极框本体1的厚度。

优选地，挡边2的厚度为2-4mm。

在一个实施例中，电极框本体1的外侧面与挡边2的外侧面平滑过渡且二者位于同一平面内。

具体地，如附图图3所示，电极框本体1的厚度所对应的外侧面与挡边2的外侧面构成一个平面，这样电极框的外观更加整洁、结构更加简单，有用于电极框的堆叠，同时也方便焊接的操作。

在一个实施例中，电极框本体1的厚度所对应的侧面上通过注塑、印刷或喷涂的方式附着有焊接助剂。

具体地，在电极框堆叠后，焊接助剂位于焊接面3处，有利于提高焊接的强度。对于激光焊接而言，焊接助剂采用激光焊接吸收剂，对于热板、超声波焊接，则采用其他相应的助剂。

在一个实施例中，多个电极框堆叠时，相邻的两个电极框通过激光、超声波或热板的方式在焊接面3上进行焊接。

在一个实施例中，电极框本体1以及挡边2的材料为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种其改性聚合物材料。

具体地，电极框本体1以及挡边2可以采用上述的材料中的一种，也可以是基于上述材料进行改性的材料，抑或上上述材料与其他刚分子纤维复合而成的可焊接的高分子材料。

本发明的一种液流电池电堆，该电堆由多个液流单电池组成，液流单电池包括上述的液流电池电极框，进而具备其所具备的全部技术效果。

具体地，液流单电池还包括其他部件，包括组装于电极框上的离子隔膜、双极板、电极以及其他部件。

该隔膜允许正极和负极电极反应传导离子通过，阻止其他离子和溶剂的通过，传导离子包括但不限于H⁺、Na⁺、K⁺、Li⁺、Cl^-、OH^-等离子。

电极包括正极和负极，分别发生电池的正极反应和负极反应。正极反应包括五价钒离子和四价钒离子相互转化，三价铁离子和二价铁离子的相互转化等其他电对的氧化还原反应。负极反应包括三价钒离子和四价钒离子相互转化，三价铬离子和二价铬离子的相互转化等其他电对的氧化还原反应。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (8)

1.一种液流电池电极框，包括平板状的电极框本体，其特征在于，所述电极框本体一侧表面的边缘具有向外侧延伸出的挡边，所述挡边沿所述电极框本体的边缘连续延伸，所述挡边与所述电极框本体之间具有夹角且夹角为钝角；

多个电极框堆叠时，对于相邻的两个电极框，下方的电极框的所述挡边扣在上方的电极框的所述电极框本体的外侧面上，且所述挡边的内侧表面紧贴所述电极框本体的所述外侧面以形成焊接面。

2.根据权利要求1所述的液流电池电极框，其特征在于，所述挡边相对所述电极框本体的表面的垂直高度小于所述电极框本体的厚度，所述表面为所述电极框本体对应所述挡边所在一侧的表面。

3.根据权利要求1所述的液流电池电极框，其特征在于，所述挡边的厚度大于1mm且小于所述电极框本体的厚度。

4.根据权利要求1所述的液流电池电极框，其特征在于，所述电极框本体的所述外侧面与所述挡边的外侧面平滑过渡且二者位于同一平面内。

5.根据权利要求1所述的液流电池电极框，其特征在于，所述电极框本体的所述外侧面上通过注塑、印刷或喷涂的方式附着有焊接助剂。

6.根据权利要求1至5任一项所述的液流电池电极框，其特征在于，多个电极框堆叠时，相邻的两个电极框通过激光、超声波或热板的方式在所述焊接面上进行焊接。

7.根据权利要求1至5任一项所述的液流电池电极框，其特征在于，所述电极框本体以及所述挡边的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚偏氟乙烯中的一种或其改性聚合物材料。

8.一种液流电池电堆，所述电堆由多个液流单电池组成，其特征在于，所述液流单电池包括如权利要求1至7任一项所述的液流电池电极框。

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