一种液流电池用激光堆叠焊接组件的制作方法

本技术涉及液流电池的，尤其涉及一种液流电池用激光堆叠焊接组件。

背景技术：

1、液流电池是一种电化学储能技术，是一种新的蓄电池。液流电池由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成，是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点，是一种新能源产品。

2、受电池结构及电化学反应原理的限制，电极流场及流道需要具备一下特征：（1）流道的均匀流动性；（2）流道的绝缘性；（3）框与框、双击板、膜之间的密封性。

3、因此，现有的液流电池设计采用带有流道的流场框的这一组件来满足上述的特征。而传统的液流电池由于大部分都是通过螺栓或者是垫圈等机械方式进行连接，其通常需要人工来进行装配，无法实现自动化生产，导致生产效率低。此外，传统的机械连接方式会存在密封不严、密封圈老化等问题，进而导致电堆内部或者外部存在漏液风险，因此亟需设计一种自动化、标准化、高效的装配技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种液流电池用激光堆叠焊接组件，将液流电池分设为多个不同功能的单元，且通过结构的设计，形成双极板与相对应的双极板放置区之间、隔膜与隔膜放置区之间的内密封，焊筋结构与相对应连接部的外密封，再将多个单元进行激光堆叠焊接密封，有效确保了电堆内部及外部的密封性，提高了电堆的质量，实现了液流电池电堆的一体化结构，降低了装配的难度，使用更加的灵活。

2、为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

3、一种液流电池用激光堆叠焊接组件，包括自上而下依次设置的上端板、第一铜板、进口集流框、第一柔性石墨板、第一双极板、第二双极板、上流场框、第一石墨毡、隔膜、下流场框、第二石墨毡、第三双极板、集流板框、第二柔性石墨板、第二铜板以及下端板。

4、所述进口集流框的中部设置有镂空结构的第一柔性石墨板放置区，所述第一柔性石墨板设置于所述第一柔性石墨板放置区中，在所述第一柔性石墨板放置区的上端面设置有第一铜板放置区，供所述第一铜板放置，在所述第一铜板放置区的同侧设置有一圈带有凹槽和凸台的第一焊筋结构；在所述第一柔性石墨板放置区的下端面设置有第一双极板放置区，所述第一双极板放置区形成第一内侧焊接区，且供所述第一双极板与所述进口集流框进行激光焊接。

5、所述上流场框的中部设置有镂空的第一反应区，所述第一石墨毡设置在所述第一反应区中，所述第一反应区的上端面设置有第二双极板放置区，供所述第二双极板放置，且所述第二双极板放置区形成第二内侧焊接区，便于所述第二双极板与所述上流场框之间的激光焊接，在所述第二双极板放置区的同侧设置有一圈带有凹槽和凸台的第二焊筋结构，在所述第一反应区的下端面设置有供电解液流进流出的第一流道结构，所述第一流道结构与所述第一反应区相连通。

6、所述下流场框的中部设置有镂空的第二反应区，所述第二石墨毡设置在所述第二反应区中，在所述第二反应区的上端面设置有隔膜放置区，供所述隔膜放置，且所述隔膜放置区形成第三内侧焊接区，便于所述隔膜与所述下流场框之间的激光焊接，所述隔膜放置区的同侧设置有一圈带有凹槽和凸台的第三焊筋结构，在所述第二反应区的下端面设置有供电解液流进流出的第二流道结构，所述第二流道结构与所述第二反应区相连通。

7、所述集流板框的中部设置有镂空的第二柔性石墨板放置区，所述第二柔性石墨板设置于所述第二柔性石墨板放置区中，所述第二柔性石墨板放置区的上端面设置有第三双极板放置区，供所述第三双极板放置，且所述第三双极板放置区形成第四内侧焊接区，便于所述第三双极板与所述集流板框之间的激光焊接，所述第三双极板放置区的同侧设置有一圈凹槽和凸台的第四焊筋结构；所述第二柔性石墨板放置区的下端面设置有第二铜板放置区，所述第二铜板设置在所述第二铜板放置区中。

8、所述下端板的上端面设置有一圈带有凹槽和凸台的第五焊筋结构。所述第一焊筋结构、第二焊筋结构、第三焊筋结构、第四焊筋结构以及所述第五焊筋结构形成外侧焊接区。

9、进一步的，所述进口集流框的四周设置四个进口水嘴，所述进口水嘴依次连通所述第一流道结构和第二流道结构，供电解液的灌入或导出。

10、进一步的，所述第一流道结构和所述第二流道结构均包括流道孔、分流流道和漫流流道，所述分流流道和漫流流道均为凹槽设计，所述分流流道与所述流道孔相连通，所述漫流流道与所述分流流道相连通。所述漫流流道的一端分设有多个均布的流道出口，所述流道出口分别对应连通于所述第一反应区和所述第二反应区，其形成多点（四点）流入、分散均布的布局结构，更有利于电解液均匀的分散于所述第一石墨毡和第二石墨毡（第一反应区和第二反应区）内，提高电解液中质子的流动性，有利于提高电池的充放电效率。

11、进一步的，所述第一焊筋结构、第二焊筋结构、第三焊筋结构、第四焊筋结构以及第五焊筋结构均具有凹台和凹槽结构，当进行激光焊接时所述凹台的突出部分熔进所述凹槽内，密封性能更好。

12、进一步的，所述上端板、进口集流框、上流场框、下流场框、集流板框以及所述下端板均为聚丙烯材质，且具有一定程度的透光性，以便于进行激光焊接时光束能够穿过。

13、进一步的，所述第一铜板、第一柔性石墨板、第一双极板、第二双极板、第三双极板、第二柔性石墨板、第二铜板均为导电材料。

14、其中，所述第一双极板、第二双极板以及所述第三双极板的作用是收集、传导电流，并在串联的阴阳两级之间建立电流通路的一种石墨板材。所述隔膜是用于隔离正负极，并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的质子在正负极之间自由通过，且位于电池正负极之间的一层高分子隔离材料。所述第一石墨毡和第二石墨毡是电解液在充放电过程发生氧化还原转换、得失电子的场所。所述第一柔性石墨板和第二柔性石墨板是双极板和铜板间的柔性填充物，用于降低接触电阻，提高电导率和功率密度。所述第一铜板和第二铜板用于连接外部充电电路或放电负载。所述下端板在整个结构中主要作用是固定并约束电堆结构下部。

15、本实用新型的设计原理是：将所述第二双极板采用激光焊接的方式焊接于所述第二双极板放置区内，并将所述第一石墨毡放置于所述第一反应区内，其形成上流场框单元，再利用所述第二焊筋结构将所述上流场框焊接于所述进口集流框的下端，其形成第一反应室；将所述隔膜采用激光焊接的方式焊接于所述隔膜放置区内，并将所述第二石墨毡放置于所述第二反应区内，其形成下流场框单元，再利用所述集流板框上的第四焊筋结构将所述集流板框焊接于所述下流场框的下端，其形成第二反应室。此时，所述第一反应室和第二反应室形成一个相对密封的空间，且所述隔膜位于所述第一反应室和所述第二反应室之间，也即所述隔膜隔离正负极，并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的质子（也即离子）在正负极之间自由通过，形成电池。

16、本实用新型的有益效果是：（1）将液流电池分设为多个不同功能的单元，再将多个单元进行激光堆叠焊接密封，实现了液流电池电堆的一体化结构，使得工艺更加简单，降低了装配的难度，且可以根据需要装配成不同节数的电池，使用更加的灵活；（2）通过结构的设计，形成双极板与相对应的双极板放置区之间、隔膜与隔膜放置区之间的内密封，焊筋结构与相对应连接部的外密封，有效确保了电堆内部及外部的密封性，提高了电堆的质量。