一种燃料电池壳体、制备方法及燃料电池与流程

本技术涉及燃料电池，特别涉及一种燃料电池壳体、制备方法及燃料电池。

背景技术：

1、氢燃料电池早期开发中参照传统电池系统结构，先采用双极板组成单体电池，单体电池加装单体电池壳体形成单体电池组，多个单体电池组集成在一起共同装配于总成壳体内，形成单体电池-单体电池壳体-空气-总成壳体结构，因此单体电池壳体承担了耐氢气、绝缘、机械强度以及电磁屏蔽的要求，通常单体电池壳体为复材或陶瓷材质，总成壳体为铝合金等金属材质。而随着技术发展，燃料电池单体结构设计也随着变化，双极板组两侧采用进气端板输送氢气，顶部与底部集流板满足电流导电要求，原单体电池壳体的功能被拆解，因而已取消单体电池壳体，形成双极板组-空气-总成壳体结构。同时氢燃料电池通常会把dcdc置于壳体上部进行安装，因此上下壳体均有较高强度要求，不能简单采用普通动力电池壳体材料。

2、单体电池壳体由冷却水路进行冷却，并且只承载单一电池组单元，机械强度和耐热要求(最高90℃)较低，而总成壳体需要承担耐热、绝缘、机械强度、电磁屏蔽要求，由于所有双极板组均会安装于总成壳体上，总成壳体机械强度要求远大于传统单体电池壳体要求(6-10倍以上)；且由于总成壳体无水路循环降温，耐热性能需提升至120℃以上，在保证耐热和机械强度前提下，总成壳体仍需满足绝缘和电磁屏蔽要求。

3、传统总成壳体为铝合金等金属材质，虽可满足耐热、机械强度及电磁屏蔽要求，但由于铝合金表面存在氧化膜或进行阳极氧化处理，即便喷涂绝缘涂料也无法有效附着，影响绝缘效果。因此如何使总成壳体同时满足耐热、绝缘、机械强度、电磁屏蔽要求是重中之重。

4、在一些相关技术提供的燃料电池单体电池壳体中，采用多层结构设计，每层结构材料分别满足绝缘、机械强度、电磁屏蔽要求。然而，上述方案依然存在一些弊端，这些弊端包括但不限于如下几个：

5、1、相关技术中单体电池壳体由冷却水路进行冷却，并且只承载单一电池组单元，机械强度和耐热要求(最高90℃)较低，三层中仅有第二层具备承受机械力作用，且主要为了满足防穿刺功能，将单体电池壳体材料应用于总成壳体上无法满足机械强度和耐热要求。

6、2、相关技术中单体电池壳体仅有第三层具备电高压绝缘功能，这种绝缘是通过采用非传导性的聚合物和玻璃纤维复合材料来实现的，由于第一层为传导性材料，因此电绝缘强度受限于第三层材料厚度，而单体电池壳体由于体积限制，厚度不能过高，因此只能满足2500v的击穿电压要求，但绝缘电阻较低(＜100mω)，这种材料应用于总成壳体上无法满足总成的各种极端绝缘要求。

7、3、相关技术中单体电池壳体第一层采用铜栅网与第二层的复材树脂复合，并通过复材固化来固定铜栅网并结合第二层中的碳纤维共同完成电磁屏蔽效果。但铜栅网在复材固化过程中会受到应力影响，局部会存在褶皱进而导致形成断点，从而降低电磁屏蔽效果。同理，复材中的碳纤维由于是织物形式，天然存在孔隙，且铺层过程中由于叠覆，同样存在褶皱进而导致断点，从而降低电磁屏蔽效果，因此这种方案应用于尺寸更大的总成壳体上会更加降低电磁屏蔽效果，无法达到很好的效果。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种燃料电池壳体、制备方法及燃料电池，可满足总成壳体耐热、绝缘、机械强度、电磁屏蔽要求。

2、第一方面，提供了一种燃料电池壳体，其包括依次设置的胶带层、第一层、第二层和第三层；

3、所述胶带层包括导电胶带；

4、所述第一层和第三层采用绝缘预浸料；

5、所述第二层包括吸能泡沫。

6、一些实施例中，所述导电胶带包括基础胶带以及设于所述基础胶带上的增强胶带。

7、一些实施例中，所述基础胶带采用铝箔胶带；

8、和/或，所述增强胶带采用石墨胶带。

9、一些实施例中，所述石墨胶带的剥离强度≥5n/cm；

10、和/或，所述石墨胶带中石墨类型为鳞片石墨，碳含量≥94％。

11、一些实施例中，所述第一层采用的绝缘预浸料和所述第三层采用的绝缘预浸料相同，或者不相同。

12、一些实施例中，按照重量份数计，所述第一层的绝缘预浸料包括：环氧树脂40～60份、连续玻璃纤维20～30份和连续玄武岩纤维20～30份。

13、一些实施例中，所述连续玻璃纤维与连续玄武岩纤维采用混编方式正交编织成预制体。

14、一些实施例中，按照重量份数计，所述第三层的绝缘预浸料包括：酚醛树脂40～60份、连续氧化铝纤维20～30份和连续石英纤维20～30份。

15、一些实施例中，所述连续氧化铝纤维与连续石英纤维采用混编方式正交编织成预制体。

16、一些实施例中，所述预制体包括0°/90°和-45°/45°两种。

17、一些实施例中，0°/90°预制体和-45°/45°预制体使用量为1:1。

18、一些实施例中，所述吸能泡沫采用pet泡沫或pmi泡沫。

19、一些实施例中，所述吸能泡沫的厚度为5mm～10mm；

20、和/或，所述吸能泡沫的压缩模量≥50mpa。

21、第二方面，提供了一种如上任一所述的燃料电池壳体的制备方法，其包括：

22、对绝缘预浸料加工，以形成预成型体，所述预成型体包括第一层的预成型体和第三层的预成型体；

23、对第一层的预成型体、吸能泡沫和第三层的预成型体进行模压成型，得到中间体；

24、对所述中间体外表面包覆导电胶带，得到燃料电池壳体。

25、一些实施例中，模压成型的温度为50℃～120℃，压力为20～30bar，时间为2～3min。

26、一些实施例中，对所述中间体外表面包覆导电胶带，包括如下步骤：

27、对所述中间体外表面进行基础胶带贴覆，以使所述中间体外表面进全部被基础胶带覆盖；

28、在所述基础胶带上，于所述中间体外表面不规则区域进行增强胶带补充，以使不规则区域表面全部被增强胶带覆盖。

29、一些实施例中，对绝缘预浸料加工，以形成预成型体，包括如下步骤：

30、将绝缘预浸料放置在料卷辊上，进行对齐、展料和叠放，而后裁切为叠层料块，然后将叠层料块用局部加热的方式使叠层料块中的各层材料连结为一个可抓取的整体结构；

31、抓取所述整体结构，在预热平台上加热，然后放置于预成型模具中进行合模并进行冷压预成型，再在预成型工装上，进行余边裁剪，得到预成型体。

32、第三方面，提供了一种燃料电池，其包括如上任一所述的燃料电池壳体。

33、本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：

34、本技术实施例提供了一种燃料电池壳体、制备方法及燃料电池，所述胶带层包括导电胶带，导电胶带位于最外层，可以保证零件整体满足电磁屏蔽要求，对于结构特殊处如凹槽、孔位等不规则区域则可增加导电胶带的贴覆量，保证电磁屏蔽无薄弱区域，且零件遭遇磕碰后还可以及时补贴，成本低且操作方便。相比于铜栅网，不需要与第一层、第二层和第三层所构成的复材基体一起成型，可以减少褶皱断点，减轻褶皱断点对电磁屏蔽效果的影响。同时相比于导电涂层，不需要对复材基体做预处理，此外，导电涂层在使用过程中，可能会因为碎石飞溅，被碎石击破损坏，导致区域电磁屏蔽失效，而采用导电胶带可以很好地解决这个问题，即使因为碎石飞溅，被碎石击破损坏，可以对损坏区域及时补贴，重新恢复电磁屏蔽功能。

35、所述第二层包括吸能泡沫，吸能泡沫具有高刚度性能，而所述第一层和第三层采用绝缘预浸料，具备绝缘与耐热和高机械性能，所述第一层、第二层和第三层构成三明治式的三层结构，三层均可提供高强度、高模量，并且均为耐热材料，可有效提升复材基体整体耐热及强度效果，减轻极端高温环境下变形程度或实际使用中振动失效程度，同时整体绝缘厚度包含三层全部厚度，在绝缘厚度上没有浪费所述第一层、第二层和第三层的厚度，使得燃料电池壳体的绝缘强度较高，可以达到绝缘电阻＞10tω，击穿电压＞100kv，远远高于空气的击穿电压，由于壳体的绝缘性能较高，高于空气的绝缘性能，因此不需要通过提高内部电池与壳体之间的设计间隙，以通过空气来阻隔电池与壳体外部形成通路，也就是说，本技术利用上述三明治式的三层结构可以替代空气的作用，进而可降低壳体与电池之间的设计间隙，提高电池结构的设计自由度。