[发明专利]一种全钒液流电池复合端电极及其制备方法

说明书

本发明公开了全钒液流电池复合端电极及其制备方法，复合端电极包括碳毡、电极片、绝缘板外框片和铜电极片，所述绝缘板外框片中间位置设置前后通透的中空腔，所述电极片融合于绝缘板外框片的中空腔内，按照电极片、绝缘板外框片、铜电极片、绝缘板外框片和电极片的顺序叠加于模具内腔内，热压模具制取端电极胚料，所述碳毡通过电阻焊接机焊接于端电极胚料上的电极片表面上。其制备方法包括裁切准备端电极胚料组件；端电极胚料热压成形；端电极胚料机加工；焊接碳毡层，制取复合端电极。本发明有效降低表面接触电阻，提高流电池电压效率，简化装配工艺，降低装配密封风险。

技术领域

本发明涉及全钒液流电池制造技术领域，特别是一种全钒液流电池复合端电极及其制备方法。

背景技术

液流储能电池是一种低成本、高效率、环境友好型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点。目前主流的液流电池主要有全钒液流电池及锌溴液流电池，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。其中全钒液流电池是目前市场拓展较为成熟的一种。

双极板是液流电池的关键组成部件之一，起到内部串联电池单元导电，同时提供电化学反应场所的作用。传统的全钒液流电池多采用石墨压板片材或聚乙烯基材的碳添加型导电片材作为电极板使用。因为组装、密封工艺，及耐腐蚀性等需求，基板材料需要在具备较高电导率的同时，有较好的韧性和较高的结构，耐腐蚀性。聚乙烯基材的碳添加型导电片材在韧性方面可以做到较好，但由于机理的限制，电阻率想做很低就会大大提高加工成型的难度。同时，好的韧性及工艺性必然牺牲电阻率性能，虽然可以做到较低的成本但性能折扣明显。

全钒液流电池的极板电阻有两部分组成，分别都会对电池效率产生影响。

其一，极板片材的本身电阻影响：极板片材直接的厚度电阻最终会反应到充放电内耗上，致使充放电分压，降低电池的电压效率

其二，极板的表面接触电阻影响：电极与隔膜之间加碳毡层，起到搭载反应介质及实现电传导作用，但是同样也会由于电机和碳毡之间的接触产生极板的表面接触电阻，降低电池的电压效率

液流电池运行过程中，电流通过内部电解液及碳毡与极板的接触实现传导，这就要求极板拥有较好的表面接触传导能力，从而反馈较好的能量转移效果。经实验测定，接触电阻能占到总电阻率的50～70％。因此，降低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。

目前市场上的全钒液流电池，其内部单片的电极板可以使用塑料极板与碳毡焊接实现一体化降低电阻。但是电池端电极因其需要使用铜板对外引出接线结构的特殊要求，很难实现一体化。当前主流的端电极结构还是以简单的物理性接触装配为主。如图1所示，现有技术的端电极结构为分体结构，即碳毡、极板与铜电极通过物理压合到一起，实现互相接触导通，这种结构的接触电阻极大，且装配复杂，容易出现缺陷，同时装配有间隙，容易漏液

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种复合端电极，即通过热压和焊接工艺制备一种将铜极板片、电极板、碳毡整合成一体的复合端电极板，实现了中间碳毡区内部连接导电极板，铜电极位于复合端电极的中心，从中心铜电极片引出极耳的结构。此结构降低接触电阻，提高全钒液流电池电压效率，并同时提供了复合端电极的制备方法，此制备方法简化装配工艺，降低装配密封风险。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种全钒液流电池复合端电极，包括碳毡、电极片、绝缘板外框片和铜电极片，所述绝缘板外框片中间位置设置前后通透的中空腔，所述电极片融合于绝缘板外框片的中空腔内，按照电极片、绝缘板外框片、铜电极片、绝缘板外框片和电极片的顺序叠加于模具内腔内，热压模具制取端电极胚料，所述碳毡通过电阻焊接机，焊接于端电极胚料上的电极片表面上。

前述的这种全钒液流电池复合端电极中，所述电极片为PE导电电极片，所述绝缘板外框片为PE材料。