CN216849997U - 一种液流电池用一体化双极板的焊接整平工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，包括下电极托板、极板外围加热框、外限位框和上盖板；下电极托板放置在电阻焊接机的下电极平台上；极板外围加热框具有加热功能，可以套装在下电极托板上，极板外围加热框的中部设置有用于放置石墨毡的第一镂空放置区；外限位框为绝缘材质，可以套装在极板外围加热框上，外限位框中部设置有用于放置电极板片材的第二镂空放置区；上盖板为绝缘材质，其中部设置有用于放置石墨毡的第三镂空放置区。本实用新型在实现石墨毡与电极板片材电阻焊接的同时，一并实现了电极板片材四周留边的加热整平，通过此工装，可以集合模压及电阻焊接两种工艺的优势，并大大降低加工难度及工时。

Description

一种液流电池用一体化双极板的焊接整平工装

技术领域

本实用新型涉及液流电池领域，尤其涉及一种液流电池用一体化双极板的焊接整平工装。

背景技术

液流电池顾名思义，其正负极电解液都是开放循环的形式，产业化级别的液流电池以多组单元叠放串联的形式形成电堆，其中电极板即是上一电池单元的负极又是下一电池单元的正极，故称之为双极板。电池外部搭建电解液储罐，电解液通过泵循环入电池内部，通过隔膜两侧电化学反应产生电流，后经电极进行片间传导或对外传导。因电解液流动供液的要求，电极与隔膜之间必须存在一定结构的流场，用以实现电解液的均匀流如反应区。

如图1所示，液流电池运行过程中，在双极板与隔膜之间的液流腔体内需压接石墨毡，作为扩散反应电极，电流需要通过内部电解液及石墨毡与极板的接触实现传导，这就要求石墨毡与极板表面之间有较好的接触传导能力，即较低的接触电阻,从而反馈较好的能量转移效果。经实验测定该接触面的接触电阻率能占到电极总电阻率的50％～70％。因此，降低极板表面接触电阻率可以大大降低总电阻率，实现更高的电压效率。

传统的液流电池多采用柔性石墨压板片材或热塑性树脂基材的碳添加型导电片材作两种材料作为电极板使用：

第一种，采用柔性石墨压板片材作为极板：具有较低的体电阻率，可以有效降低液流电池内阻。但是其制备工艺相对复杂，故成本及售价都比较高，同时柔性石墨压板的韧性较差，因为内部结构为片层状压实结构，因此其长期使用的液体阻隔性能一般。柔性石墨压板的石墨含量很高，这使得极板本身具备更低的电阻，但于此同时却丧失了再加工的可能，无法实现和其他材质的有效粘结。

第二种，采用热塑性树脂基材的碳添加型导电片材(后统称导电塑料片材)作为极板：在韧性方面可以做到很好，其制备其主要成型是使用聚乙烯、聚丙烯、偏氟乙烯等耐电解液腐蚀性树脂作为基材，使用炭黑、石墨、碳纤维、碳管、石墨烯等作为导电添加剂，通过模压或挤出方式制备的一种复合片材。相比柔性石墨压板来说，其成本优势明显，韧性优良，气液阻隔性能更好。但受到加工原理限制，其电阻率很难做到较低的水平。相反，导电塑料片材因其含有较高量的树脂成分，其再加工性能良好，可以实现自体热熔粘结。

结合上述现有两种电极板产品的原理及技术特点，行业已对应开发了一种使用导电塑料片材为阻隔电极板片材，并采用热熔焊接形式将石墨毡电极表面熔接到导电塑料片材表面的加工方法，该方法制备的一体化双极板同时具备了导电塑料片材的低成本、高韧性、优阻隔性，也通过热熔粘结来降低接触电阻，并最终实现降低整体电阻的作用，实现了优势互补。液流电池常见极板与石墨毡热熔组合如图2所示。

目前，电极板与石墨毡一体化熔接技术的实现主要通过模压和电阻焊接两种方式。通过模压实现熔接存在的问题是：(1)加工模具较为复杂，设备要求高，同时过程需要对整个工件包括模具进行加热和冷却，故加工时间长。(2)工艺过程需要导电塑料极板整体加热，导电塑料极板虽可二次加工，但二次热熔过程势必会降低自身性能。通过电阻焊接实现熔接存在的问题是：(1)电阻焊接通过瞬时电流实现接触面的电阻发热焊接，工艺过程快，基本在3秒中以内，其工艺过程中，因中部石墨毡区域通电发热焊接，导致电极板四周的非焊接区也会少量受热变形，并很难控制其变形情况，导致产品出模以后极板四周留边有变形，要改善平整仍需进行模压来二次整平。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型的目的是提供一种液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，包括：

下电极托板，具有导电功能的所述下电极托板与电阻焊接机下电极板导通；

极板外围加热框，具有加热功能的所述极板外围加热框套装在所述下电极托板上，所述极板外围加热框的中部设置有用于放置石墨毡的第一镂空放置区；

外限位框，所述外限位框套装在所述极板外围加热框上，所述外限位框中部设置有用于放置电极板片材的第二镂空放置区；

上盖板，所述上盖板位于所述第二镂空放置区中，所述上盖板的下表面抵在所述电极板片材的上表面上，所述上盖板的中部设置有用于放置石墨毡的第三镂空放置区。

进一步的，所述极板外围加热框包括框体和框体盖板，所述框体盖板固定在所述框体上，所述框体的上表面设置有加热线槽和冷却风道，所述加热线槽中设置有加热线，所述冷却风道与所述框体侧壁上的进、出风口连通。

进一步的，所述框体盖板上表面为平整的光面。

进一步的，所述框体盖板由铝材质加工制成；所述框体由璃钢板或电木板加工制成。

进一步的，所述上盖板的下表面设置有耐热硅胶垫圈。

进一步的，所述耐热硅胶垫圈的邵氏硬度为A60～80度。

进一步的，所述外限位框和上盖板由璃钢板或电木板加工制成。

进一步的，所述下电极托板由铝材质或者铜材质加工制成。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：

本实用新型在实现石墨毡与电极板片材电阻焊接的同时，一并实现了电极板片材四周留边的加热整平，通过此工装，可以集合模压及电阻焊接两种工艺的优势，并大大降低加工难度及工时。

附图说明

下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。

图1为现有单片液流电池单元结构示意图；

图2为液流电池常见双极板组合结构示意图；

图3为本实用新型液流电池用一体化双极板的焊接整平工装分解结构示意图；

图4为本实用新型框体上表面的结构示意图；

图5为本实用新型焊接整平工装的使用示意图；

图6为本实用新型与焊接整平工装配合使用的电阻焊接机结构示意图。

附图标记说明：1、下电极托板；2、极板外围加热框；201、框体；202、框体盖板；203、加热线槽；204、冷却风道；205、风口；3、石墨毡；4、第一镂空放置区；5、外限位框；6、电极板片材；7、第二镂空放置区；8、上盖板；801、耐热硅胶垫圈；9、第三镂空放置区；10、隔膜；11、电阻焊接机；1101、下电极平台；1102、上电极平台；1103、液压缸；1104、控制柜体；12、风冷控制单元；13、加热控制单元。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

如图3所示，本实施例中公开了一种液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其结构主要包括下电极托板1、极板外围加热框2、外限位框5和上盖板8。

具体来说：下电极托板1由铝材质或者铜材质加工制成，下电极托板1放置在电阻焊接机的下电极平台上，并与下电极平台导通。极板外围加热框2具有加热功能，可以套装在下电极托板1上，极板外围加热框2的中部设置有用于放置石墨毡3的第一镂空放置区4。外限位框5为绝缘材质，推荐使用玻璃钢板或电木板，外限位框5可以套装在极板外围加热框2上，外限位框5中部设置有用于放置电极板片材6的第二镂空放置区7。上盖板8为绝缘材质，推荐使用玻璃钢板或电木板，上盖板8位于第二镂空放置区7中，上盖板8的下表面抵在电极板片材6的上表面上，上盖板8的中部设置有用于放置石墨毡3的第三镂空放置区9。

如图3和4所示，在本实施例中，极板外围加热框2的结构主要包括框体201和框体盖板202。框体201为绝缘材质，推荐使用玻璃钢板或电木板，框体201的上表面设置有加热线槽203和冷却风道204，实际加工时冷却风道的凹槽深度略深于加热线槽的深度。加热线槽203中设置有加热线，加热线会从冷却风道的凹槽上跨过，加热线与加热控制单元13电性连接。冷却风道204与框体201侧壁上的风口205连通，其中一个为进风口，另一个为出风口，进风口通过管道与风冷控制单元12连通。

框体盖板202通过螺栓固定在框体201上，以覆盖加热线槽203和冷却风道204。框体盖板202为铝材质，具有很好的导热功能，框体盖板202的上表面做抛光处理，形成一个平整的光面作为电极板片材6的直接接触加热面。

在本实施例中，为了提高上盖板8对电极板片材6的压紧效果，在上盖板8的下表面设置有耐热硅胶垫圈801，耐热硅胶垫圈801可与上盖板8固定设置，也可分体设置。耐热硅胶垫圈801的邵氏硬度为A60～80度。

如图5所示，本实施例中焊接整平工装的装配步骤如下：

步骤一，将下电极托板1、极板外围加热框2、外限位框5依次套装到一起，套装紧实以后，框体盖板202的加热面将高于下电极托板1的焊接面，其高度差即为设计的石墨毡焊接压缩后的厚度尺寸，例如焊接用石墨毡厚度为H，则此处高度差为0.4H。

步骤二，将一块石墨毡3放置于上述极板外围加热框2的第一镂空放置区4中，石墨毡3的下表面与下电极托板1面接触，然后将电极板片材6居中放于外限位框5的第二镂空放置区7中，由于此时步骤一中的石墨毡3处于未压缩状态，所以电极板片材6的下表面仅与石墨毡3接触。

步骤三，在电极板片材6的上表面依次放置耐热硅胶垫圈801、上盖板8，耐热硅胶垫圈801和上盖板8位于第二镂空放置区7中，上盖板8的上表面略高于外限位框5的上表面；然后将另一块石墨毡3放置在上盖板8的第三镂空放置区9中，此时石墨毡上表面高于四周盖板面，至此工装整体装配完成。

本实施例中的焊接整平工装需要配合电阻焊接机11才能完成石墨毡与电极板片材的通电热熔焊接。如图6所述，电阻焊接机6的结构主要结构包括下电极平台1101、上电极平台1102、液压缸1103和控制柜体1104，液压缸1103可驱动上电极平台1102上下运动。电阻焊接机6属于现有技术，其结构再此不在赘述。

焊接时的具体操作为：下电极托板1放置在电阻焊接机的下电极平台上，并与下电极平台导通，加热线槽203中的加热线与加热控制单元13连接。冷却风道204与框体201侧壁上的进风口通过气管与风冷控制单元12连通。

设置电阻焊接机焊接程序，设置油缸压力5～15Mpa，电流密度40～100A/CM²，设置焊接时间500～2500ms，焊接后加压时间设定600s。

启动加热控制单元13，极板外围加热框2上有温度传感器，温度传感器信号转至加热控制单元13，观察加热控制单元13上的温度≥70℃后，启动电阻焊接机开始焊接，上、下电极托板持续加压，观察加热控制单元13上的显示温度，待温度≥90℃后，关停加热，打开风冷控制单元12，冷风循环冷却。待温度冷却温度至≤25℃后，停止上、下电极托板的加压，取出工装并将其中的极板取出即可。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其特征在于，包括：

下电极托板(1)，具有导电功能的所述下电极托板(1)与电阻焊接机下电极板导通；

极板外围加热框(2)，具有加热功能的所述极板外围加热框(2)套装在所述下电极托板(1)上，所述极板外围加热框(2)的中部设置有用于放置石墨毡(3)的第一镂空放置区(4)；

外限位框(5)，所述外限位框(5)套装在所述极板外围加热框(2)上，所述外限位框(5)中部设置有用于放置电极板片材(6)的第二镂空放置区(7)；

上盖板(8)，所述上盖板(8)位于所述第二镂空放置区(7)中，所述上盖板(8)的下表面抵在所述电极板片材(6)的上表面上，所述上盖板(8)的中部设置有用于放置石墨毡(3)的第三镂空放置区(9)。

2.根据权利要求1所述的液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其特征在于：所述极板外围加热框(2)包括框体(201)和框体盖板(202)，所述框体盖板(202)固定在所述框体(201)上，所述框体(201)的上表面设置有加热线槽(203)和冷却风道(204)，所述加热线槽(203)中设置有加热线，所述冷却风道(204)与所述框体(201)侧壁上的进、出风口(205)连通。

3.根据权利要求2所述的液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其特征在于：所述框体盖板(202)上表面为平整的光面。

4.根据权利要求3所述的液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其特征在于：所述框体盖板(202)由铝材质加工制成；所述框体(201)由璃钢板或电木板加工制成。

5.根据权利要求1所述的液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其特征在于：所述上盖板(8)的下表面设置有耐热硅胶垫圈(801)。

6.根据权利要求5所述的液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其特征在于：所述耐热硅胶垫圈(801)的邵氏硬度为A60～80度。

7.根据权利要求1所述的液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其特征在于：所述外限位框(5)和上盖板(8)由璃钢板或电木板加工制成。

8.根据权利要求1所述的液流电池用一体化双极板的焊接整平工装，其特征在于：所述下电极托板(1)由铝材质或者铜材质加工制成。

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