CN117117275A - 一种液流电池电堆封装方法及其电堆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液流电池电堆封装方法及其电堆，主要涉及液流电池电堆密封技术领域，所述电堆液流框边缘设置有感应线圈，所述感应线圈沿所述液流框边缘设置形成闭环，所述感应线圈周围的部件为塑料部件，装配后，在电堆四周依次或同时施加交变感应磁场进行感应焊接，实现相邻液流框及相邻液流框‑双极板之间密封。电堆装配时，铁质线圈预置于液流框中，随着液流框一起堆叠装配于电堆内，交变感应磁场使得一个或多个感应线圈发热，熔化周围的高分子材料，使得相邻的部件融合成一个整体，完成电堆的焊接密封，最终使电堆形成一个封闭的整体，解决电堆漏液问题。
Description
技术领域
本发明主要涉及电堆技术领域，具体涉及一种液流电池电堆封装方法及其电堆。
背景技术
液流电池电堆由液流框等电堆组件重复堆叠而成，其中液流框之间的密封是电堆密封的关键。如何使液流框之间保持密封使得电堆不发生漏液是电堆可靠运行的必要前提。
传统密封垫片在电堆强酸、强氧化性的条件下易老化，长期运行后电堆易出现漏液问题。新兴的激光焊接技术虽能较好地解决电堆长期密封问题，但其所需激光器成本较高，且焊接时是对密封焊接线逐条地进行焊接，效率较低，导致额定产能下的生产线成本高昂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液流电池电堆封装方法，解决现有技术中激光焊接成本较高效率较低的技术问题。
本发明公开了一种液流电池电堆封装方法，所述电堆液流框边缘设置有感应线圈，所述感应线圈沿所述液流框边缘设置形成闭环，所述感应线圈周围的部件为塑料部件或碳-塑料复合材料的部件，装配后，在电堆四周依次或同时施加交变感应磁场进行感应焊接，实现相邻的液流框-液流框之间的密封及相邻液流框-双极板之间的密封。
电堆装配时，铁质线圈预置于液流框中，随着液流框一起堆叠装配于电堆内，交变感应磁场使得一个或多个感应线圈发热，熔化周围液流框或双极板中的高分子塑料材料，使得相邻的部件融合成一个整体，完成电堆的焊接密封，最终使电堆形成一个封闭的整体，解决电堆漏液问题。
通过感应线圈的位置布置，可以精确的定位加热区域，降低加热对非熔化区的热影响，并降低其热形变，使得液流框、双极板等部件可以保持原有形状，克服塑料组件在加热过程中容易变形的问题。同时通过感应线圈，可以精确定位位于电堆内部需要加热融合密封的位置，增加了电堆密封设计的灵活性。由于交变感应磁场位于三维空间中，可以同时对多个线圈进行加热，大幅提高了电堆密封工艺过程的生产效率，有助于降低生产工时及成本。且交变感应磁场发生器，技术较为成熟，成本低廉，有助于大幅降低电堆封装生产线的投资成本，进而降低电堆的生产成本。由于该方案为电堆组件间材料的熔化融合，其密封可靠性远高于传统密封条密封方案。
相较于传统密封条密封及激光焊接密封，该方案具有，密封速度快，密封可靠性高，密封成本低，生产线投资成本低等优点。
进一步的，所述电堆在感应焊接过程中，其端面始终处于受压状态。
所有电堆组件至于压力机内或通过螺杆锁紧的方式，被施加一定的端面压力，使装备堆叠好的电堆的组件处于受压状态。
通过设置为受压状态，使得组件之间相互贴合紧密，铁质感应线圈与相邻的液流框和双极板也贴合紧密。
进一步的，所述交变感应磁场，功率为1kW-1000kW,磁场交变频率1kHz-100kHz。
进一步的，在所述交变感应磁场加热1-30分钟。
进一步的，所述感应线圈为铁质感应线圈。线圈线径0.1-5mm。
进一步的，所述双极板为碳-塑料复合双极板，该类型双极板中，塑料的质量比例超过15%。
进一步的，所述液流框和双极板中的塑料材质，为热塑性材料，包括PVDF,FEP,PVC,PMMA,PE,PP等。
交变感应磁场定向加热铁质感应线圈，处于高温的铁质感应线圈使的周围的液流框中的热塑性材料以及双极板中的热塑性材料熔化融合，进而完整密封，铁质线圈，廉价易得，其成本远低于传统的橡胶密封条。
本发明第二个目的是保护一种电堆，由上述方法密封而成。
进一步的，所述电堆为液流电池电堆。
进一步的，所述电堆的液流框中间设置有贯通的放置孔，用于放置电极。
进一步的，所述电堆包括多个电池单元，每个电池单元从上到下依次为双极板，第一极性液流框，第一极性电极，隔膜，第二极性电极，第二极性液流框。
进一步的，多个所述电池单元从上到下堆叠设置。
进一步的，所述第一极性液流框和第二极性液流框上分别设置有感应线圈。
进一步的，所述第二极性液流框两面分别设置有感应线圈。
通过将第二极性液流框两面分别设置感应线圈，既能够与第一极性液流框进行密封又能够与下一电池单元的双极板进行密封。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1.通过感应线圈的位置布置，可以精确的定位加热区域，降低加热对非熔化区的热影响，并降低其热形变，使得液流框、双极板等部件可以保持原有形状，克服塑料组件在加热过程中容易变形的问题；2.同时通过感应线圈，可以精确定位位于电堆内部需要加热融合密封的位置，增加了电堆密封设计的灵活性；3.由于交变感应磁场位于三维空间中，可以同时对多个线圈进行加热，大幅提高了电堆密封工艺过程的生产效率，有助于降低生产工时及成本；4.交变感应磁场发生器，技术较为成熟，成本低廉，有助于大幅降低电堆封装生产线的投资成本，进而降低电堆的生产成本；5.由于该方案为电堆组件间材料的熔化融合，其密封可靠性远高于传统密封条密封方案；6.相较于传统密封条密封及激光焊接密封，该方案具有，密封速度快，密封可靠性高，密封成本低，生产线投资成本低等优点；7.通过设置为受压状态，使得组件之间相互贴合紧密，铁质感应线圈与相邻的液流框和双极板也贴合紧密。
附图说明
图1为本发明电堆结构示意图。
图中：1-双极板，2-第一极性液流框，3-第一极性电极，4-隔膜，5-第二极性电极，6-第二极性液流框，7-感应线圈，8-放置孔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
实施例1
一种电堆及密封方法，具体结构如图1所示，每个电池单元包括双极板1，第一极性液流框2，第一极性电极3，隔膜4，第二极性电极5，第二极性液流框6，第一极性液流框2和第二极性液流框6上分别设置有感应线圈7，第二极性液流框6两面分别设置有感应线圈7，10个电池单元堆叠形成液流电池电堆，堆叠好的电池组件放入压力机中压紧，压力机提供压力为7吨。在四个侧面通过交变感应磁场发生器，同时施加交变感应磁场，功率10kW,磁场交变频率20kHz，感应线圈7受到交变感应磁场的感应发热，加热5分钟后断开交变感应磁场。受加热的感应线圈7熔化周围液流框和双极板1中的热塑性高分子材料，并使其融合，完成第一极性液流框2与第二极性液流框6，第一极性液流框2与双极板1，第二极性液流框6与双极板1之间的密封。其中第一极性液流框2与第二极性液流框6为PE材料，双极板1为PE与碳粉混合压制而成的导电塑料板。完成封装后，对其通入2atm的高压气体进行密封性测试，1小时气压不降低，说明密封性良好。电堆进行充放电测试，160mA/cm2恒电流密度充放电运行，库伦效率达到96.5%，能量效率达到82%。传统密封条密封的电堆同样工况下测试，库伦效率仅为93.5%,能量效率仅为79%。对比说明本发明所提密封方案，相较传统密封条密封方案，可更好解决电堆内密封问题，提高电堆库伦效率及密封可靠性。
实施例2
一种电堆结构及密封方法，具体结构如图1所示，每个电池单元包括双极板1，第一极性液流框2，第一极性电极3，隔膜4，第二极性电极5，第二极性液流框6，所述第一极性液流框2和第二极性液流框6上分别设置有感应线圈7，第二极性液流框6两面分别设置有感应线圈7，20个电池单元堆叠形成液流电池电堆，堆叠好的电池组件放入压力机中压紧，压力机提供压力为10吨。在四个侧面通过交变感应磁场发生器，同时施加交变感应磁场，功率20kW,磁场交变频率35kHz，感应线圈7受到交变感应磁场的感应发热，加热8分钟后断开交变感应磁场，感应线圈7熔化周围双极板1和液流框中的热塑性高分子材料，并使其融合，完成第一极性液流框2与第二极性液流框6，第一极性液流框2与双极板1，第二极性液流框6与双极板1之间的密封。其中第一极性液流框2与第二极性液流框6为PVDF材料，双极板1为PVDF与碳粉混合压制而成的导电塑料板。完成封装后，对其通入2.5atm的高压气体进行密封性测试，1.5小时气压不降低，说明密封性良好。电堆进行充放电测试，150mA/cm2恒电流充放电运行，库伦效率达到96.7%，能量效率达到83.5%。
对比例1：
一种电堆结构及密封方法，具体结构如图1所示，每个电池单元包括双极板1，第一极性液流框2，第一极性电极3，隔膜4，第二极性电极5，第二极性液流框6，所述第一极性液流框2和第二极性液流框6上分别设置有感应线圈7，第二极性液流框6两面分别设置有感应线圈7，15个电池单元堆叠形成液流电池电堆，堆叠好的电池组件放入压力机中压紧，压力机提供压力为12吨。在四个侧面通过交变感应磁场发生器，同时施加交变感应磁场，功率0.5kW,磁场交变频率500Hz，感应线圈7受到交变感应磁场的感应发热，加热10分钟后断开交变感应磁场。其中第一极性液流框2与第二极性液流框6为PVDF材料，双极板1为PVDF与碳粉混合压制而成的导电塑料板。由于交变磁场功率和频率过低，提供的感应电流较低，导致感应线圈提供的发热量不足，不足以使得感应线圈附近液流框或双极板中的高分子塑料熔化，导致焊接未能完成。对其通入1.1atm的高压气体进行密封性测试，压力持续降低，电堆持续漏气，说明密封性较差，密封失败。
以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种液流电池电堆封装方法，其特征在于：所述电堆液流框边缘设置有感应线圈(7)，所述感应线圈(7)沿所述液流框边缘设置形成闭环，所述感应线圈(7)周围的部件为塑料部件或碳-塑料复合材料的部件，装配后，在电堆四周依次或同时施加交变感应磁场进行感应焊接，实现相邻的液流框-液流框、相邻的液流框-双极板之间的密封。
2.根据权利要求1所述的一种液流电池电堆封装方法，其特征在于，所述电堆在感应焊接过程中，其端面始终处于受压状态。
3.根据权利要求1所述的一种液流电池电堆封装方法，其特征在于，所述交变感应磁场，功率为1kW -1000kW。
4.根据权利要求1所述的一种液流电池电堆封装方法，其特征在于：在所述交变感应磁场加热1-30分钟。
5.根据权利要求1所述的一种液流电池电堆封装方法，其特征在于：所述感应线圈(7)为铁质感应线圈。
6.一种电堆，其特征在于：所述电堆由权利要求1-5任一项所述的一种液流电池电堆封装方法进行封装。
7.根据权利要求6所述的一种电堆，其特征在于：所述电堆包括多个电池单元，每个电池单元从上到下依次为双极板(1)，第一极性液流框(2)，第一极性电极(3)，隔膜(4)，第二极性电极(5)，第二极性液流框(6)。
8.根据权利要求6所述的一种电堆，其特征在于：所述电堆的液流框中间设置有贯通的放置孔(8)，用于放置电极。
9.根据权利要求7所述的一种电堆，其特征在于：所述第一极性液流框(2)和第二极性液流框(6)上分别设置有感应线圈(7)。
10.根据权利要求9所述的一种电堆，其特征在于，所述第二极性液流框(6)两面分别设置有感应线圈(7)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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