專利名稱：一種非流動型釩素二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及二次電池結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種非流動型釩素二次電池。
背景技術(shù)：
專利號為US6475661 的美國專利《Redox flow battery system and cell stack 》，介紹了一種全釩液流電池的結(jié)構(gòu)用電解質(zhì)膜把電池分成負極室和正極室，在負極室和正極室中，以多孔碳氈作為電極反應(yīng)的場所，負極電解液和正極電解液通過存放在電池的液流泵，把負極電解液儲槽中的負極電解液以及正極儲槽中的正極電解液，分別輸入到所對應(yīng)的負極室和正極室，進行如下所示的電極反應(yīng)，同時，把反應(yīng)后的負極電解液和正極電解液分別輸送到原來的電解液儲槽中。其反應(yīng)化學(xué)原理如下正極VO2++ H2O ？ VO2+ + 2H+ + e"V=L 004v (vs NHE)(1)負極V3++ e" ？ V2+V= -0. 255v (vs NHE) (2)該專利為流動型全釩電池，其通過流動的氧化還原電解液，可以滿足大規(guī)模儲能的要求，與風(fēng)能和太陽能等配套使用，可以提高發(fā)電系統(tǒng)的效率，改善電能的質(zhì)量，雖然具有環(huán)保，循環(huán)使用壽命長，能夠大規(guī)模儲電的功能，但是要使該電池運行起來，必須具備液流泵和電解液儲槽這樣兩個外圍設(shè)備，在移動式場合或是便攜式場合運用時，與常規(guī)電池比較而言，其缺乏便利性。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型提供了一種非流動型釩素二次電池，其發(fā)揮釩電池環(huán)保和長壽命的特點，同時增加其使用的便利性。一種非流動型釩素二次電池，其技術(shù)方案是這樣的其包括電解質(zhì)膜，所述電解質(zhì)膜的兩側(cè)分別為正極室、負極室，其特征在于一組對應(yīng)的所述電解質(zhì)膜、正極室、負極室構(gòu)成一個單電池，所述正極室包括正極、正極活性物質(zhì)、正極框，所述正極包括致密正極和多孔正極，兩者緊密接觸，所述正極活性物質(zhì)位于所述多孔正極的孔隙中，所述正極活性物質(zhì)、多孔正極的混合體位于正極框內(nèi)，且所述正極活性物質(zhì)、多孔正極的混合體的兩側(cè)端面與所述正極框的兩側(cè)端面平齊，所述正極框的外側(cè)端面和所述致密正極緊密相連、內(nèi)側(cè)端面和所述電解質(zhì)膜相連；所述負極室包括負極、負極活性物質(zhì)、負極框，所述負極包括致密負極和多孔負極，兩者緊密接觸，所述負極活性物質(zhì)位于所述多孔負極的孔隙中，所述負極活性物質(zhì)、多孔負極的混合體位于負極框內(nèi)，且所述負極活性物質(zhì)、多孔負極的混合體的兩側(cè)端面與所述負極框的兩側(cè)端面平齊，所述負極框的外側(cè)端面和所述致密負極緊密相連、 內(nèi)側(cè)端面和所述電解質(zhì)膜相連；所述單電池的致密正極、致密負極外側(cè)分別緊密連接有對應(yīng)的正極集電極、負極集電極，所述正極集電極外側(cè)緊固有正極端板，所述負極集電極外側(cè)緊固有負極端板。其進一步特征在于兩個及以上的所述單電池串聯(lián)連接構(gòu)成電堆，單個所述單電池的所述致密正極與相鄰的所述單電池的所述致密負極共用同一片致密電極，該致密電極為雙極板；位于兩側(cè)的所述單電池的外側(cè)的致密正極、致密負極分別緊密連接有對應(yīng)的正極集電極、負極集電極，所述正極集電極外側(cè)緊固有正極端板，所述負極集電極外側(cè)緊固有負極端板；所述致密正極、正極框、電解質(zhì)膜、負極框、致密負極的相互連接處之間均安裝有密封墊片；所述電解質(zhì)膜具體為陰離子膜或陽離子膜，其材料具體為聚合物材料；所述的正極活性物質(zhì)具體為硫酸氧釩溶液時，其濃度范圍為2摩爾每升 10摩爾每升，其被吸收在所述多孔正極中；所述正極活性物質(zhì)具體為粉末狀的硫酸氧釩時，其被放置于所述多孔正極的孔隙中；所述的負極活性物質(zhì)具體為硫酸釩溶液，其濃度范圍為2摩爾每升 10摩爾每升，其被吸收在所述多孔負極中；所述負極活性物質(zhì)具體為是粉末狀的硫酸釩，其被放置于多孔負極的孔隙中；所述多孔正極可以為顆粒狀正極，所述多孔負極可以為顆粒狀負極；此時所述正極活性物質(zhì)具體為粉末狀的硫酸氧釩，其顆粒狀正極均勻地混合在一起，構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)的場所；所述負極活性物質(zhì)具體為是粉末狀的硫酸釩，其和顆粒狀負極均勻地混合在一起， 構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)的場所；所述正極框的外圍平面尺寸和所述致密正極相同，其框體寬度范圍為1 mm 30mm，其框體厚度范圍為0. 2 mm^30mm ；所述負極框的外圍平面尺寸和所述致密負極相同， 其框體寬度范圍為1 mm 30mm，其框體厚度范圍為0. 2 mm 30mm ；所述致密正極、致密負極的材質(zhì)具體為致密石墨、玻碳電極或者致密處理后的柔性石墨；所述正極框、負極框的材質(zhì)為較高化學(xué)穩(wěn)定性的工程塑料；所述密封墊片的平面形狀和其對應(yīng)的所述正極框或負極框相同，厚度范圍0.02 mm lmm，材料為橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯或涂覆聚四氟乙烯的玻璃纖維。采用本實用新型的結(jié)構(gòu)后，省略了一般全釩液流電池所需要的兩個液流泵和兩個正負電解液的儲槽，結(jié)構(gòu)更為緊湊，在保留了全釩電池環(huán)保，長壽命的特點的同時，增加其使用的便利性。

圖1為本實用新型的單電池的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的具體實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的具體實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型的正極框的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的負極框的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
單電池的組裝結(jié)構(gòu)，見圖1、圖4、圖5，其包括電解質(zhì)膜9，電解質(zhì)膜9具體為陰離子膜或陽離子膜，其材料具體為聚合物材料，電解質(zhì)膜9的兩側(cè)分別為正極室、負極室， 正極室包括正極、正極活性物質(zhì)5、正極框7，正極活性物質(zhì)5主要為硫酸氧釩，化學(xué)式為VOSO4,正極包括致密正極3和多孔正極6，兩者緊密接觸，正極活性物質(zhì)5位于多孔正極6 的孔隙中，正極活性物質(zhì)5、多孔正極6的混合體位于正極框7內(nèi)，且正極活性物質(zhì)5、多孔正極6的混合體的兩側(cè)端面與正極框7的兩側(cè)端面平齊，正極框7的外側(cè)端面和致密正極 3緊密相連、內(nèi)側(cè)端面和電解質(zhì)膜9相連；負極室包括負極、負極活性物質(zhì)12、負極框11，負極活性物質(zhì)12主要為硫酸釩，化學(xué)式為V2(SCM)3，負極包括致密負極15和多孔負極13，兩者緊密接觸，負極活性物質(zhì)12位于多孔負極13的孔隙中，負極活性物質(zhì)12、多孔負極13的混合體位于負極框11內(nèi)，且負極活性物質(zhì)12、多孔負極13的混合體的兩側(cè)端面與負極框 11的兩側(cè)端面平齊，負極框11的外側(cè)端面和致密負極15緊密相連、內(nèi)側(cè)端面和電解質(zhì)膜9 相連。致密正極3、正極框7、電解質(zhì)膜9、負極框11、致密負極15的相互連接處之間均安裝有密封墊片4、8、10、14 ；當硫酸氧釩為溶液時，其濃度范圍為2摩爾每升 10摩爾每升， 被吸收在多孔正極6中，當硫酸氧釩為粉末狀時，其被放置于多孔正極6的孔隙中；當硫酸釩為溶液時，其濃度范圍為2摩爾每升 10摩爾每升，被吸收在多孔負極13中，當硫酸釩為粉末狀時，其被放置于多孔負極13的孔隙中；多孔正極6可以為顆粒狀正極，多孔負極13可以為顆粒狀負極；此時硫酸氧釩為粉末狀，粉末狀的硫酸氧釩和顆粒狀正極均勻地混合在一起，硫酸釩為粉末狀，粉末狀的硫酸釩和顆粒狀負極均勻地混合在一起；正極框7的外圍平面尺寸和致密正極3相同，其框體寬度范圍為1 mm 30mm，其框體厚度范圍為0.2 mm 30mm;負極框11的外圍平面尺寸和致密負極15相同，其框體寬度范圍為1 mm 30mm，其框體厚度范圍為0.2 mm 30mm ；正極框7、負極框11的材質(zhì)為較高化學(xué)穩(wěn)定性的工程塑料；致密正極3、致密負極15的材質(zhì)具體為致密石墨、玻碳電極或者致密處理后的柔性石墨；密封墊片4、8、10、14的平面形狀和其對應(yīng)的正極框7或負極框11相同，厚度范圍 0. 02 lmm，材料為橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯或涂覆聚四氟乙烯的玻璃纖維。其中電解質(zhì)膜9作用如下一是把正極室和負極室隔離，不相互混合，在充放電過程中，僅有陰離子或陽離子在膜的兩側(cè)遷移，構(gòu)成離子通路；其作用二是使正極和負極之間有一個絕緣層，相互之間不會短路。具體實施例一單個單電池結(jié)構(gòu)的電池，見圖2、圖4、圖5，單電池的致密正極3、致密負極15外側(cè)分別緊密連接有對應(yīng)的正極集電極2、負極集電極16，正極集電極2外側(cè)緊固有正極端板1， 負極集電極16外側(cè)緊固有負極端板17，正極端板1、負極端板17通過螺栓18、螺母19緊固連接，正極集電極2、負極集電極16具體為導(dǎo)電銅板。具體實施例二 兩個及以上單電池串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)的電池，見圖3、圖4、圖5，單個單電池的致密正極與相鄰的另一個單電池的致密負極共用一片致密電極，該致密電極即為雙極板20 ；位于兩側(cè)的單電池的外側(cè)的致密正極3、致密負極15分別緊密連接有對應(yīng)的正極集電極2、負極集電極16，正極集電極2外側(cè)緊固有正極端板1，負極集電極16外側(cè)緊固有負極端板17，正極端板1、負極端板17通過螺栓18、螺母19緊固連接，正極集電極2、負極集電極16具體為導(dǎo)電銅板。
權(quán)利要求1.一種非流動型釩素二次電池，其包括電解質(zhì)膜，所述電解質(zhì)膜的兩側(cè)分別為正極室、 負極室，其特征在于一組對應(yīng)的所述電解質(zhì)膜、正極室、負極室構(gòu)成一個單電池，所述正極室包括正極、正極活性物質(zhì)、正極框，所述正極包括致密正極和多孔正極，兩者緊密接觸，所述正極活性物質(zhì)位于所述多孔正極的孔隙中，所述正極活性物質(zhì)、多孔正極的混合體位于正極框內(nèi)，且所述正極活性物質(zhì)、多孔正極的混合體的兩側(cè)端面與所述正極框的兩側(cè)端面平齊，所述正極框的外側(cè)端面和所述致密正極緊密相連、內(nèi)側(cè)端面和所述電解質(zhì)膜相連；所述負極室包括負極、負極活性物質(zhì)、負極框，所述負極包括致密負極和多孔負極，兩者緊密接觸，所述負極活性物質(zhì)位于所述多孔負極的孔隙中，所述負極活性物質(zhì)、多孔負極的混合體位于負極框內(nèi)，且所述負極活性物質(zhì)、多孔負極的混合體的兩側(cè)端面與所述負極框的兩側(cè)端面平齊，所述負極框的外側(cè)端面和所述致密負極緊密相連、內(nèi)側(cè)端面和所述電解質(zhì)膜相連；所述單電池的致密正極、致密負極外側(cè)分別緊密連接有對應(yīng)的正極集電極、負極集電極，所述正極集電極外側(cè)緊固有正極端板，所述負極集電極外側(cè)緊固有負極端板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于兩個及以上的所述單電池串聯(lián)連接構(gòu)成電堆，單個所述單電池的所述致密正極與相鄰的所述單電池的所述致密負極共用同一片致密電極，該致密電極為雙極板；位于兩側(cè)的所述單電池的外側(cè)的致密正極、致密負極分別緊密連接有對應(yīng)的正極集電極、負極集電極，所述正極集電極外側(cè)緊固有正極端板，所述負極集電極外側(cè)緊固有負極端板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于所述致密正極、正極框、電解質(zhì)膜、負極框、致密負極的相互連接處之間均安裝有密封墊片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于所述電解質(zhì)膜具體為陰離子膜或陽離子膜，其材料具體為聚合物材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于所述的正極活性物質(zhì)具體為硫酸氧釩溶液時，其濃度范圍為2摩爾每升 10摩爾每升，其被吸收在所述多孔正極中；所述正極活性物質(zhì)具體為粉末狀的硫酸氧釩時，其被放置于所述多孔正極的孔隙中；所述的負極活性物質(zhì)具體為硫酸釩溶液，其濃度范圍為2摩爾每升 10摩爾每升， 其被吸收在所述多孔負極中；所述負極活性物質(zhì)具體為是粉末狀的硫酸釩，其被放置于多孔負極的孔隙中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于所述多孔正極可以為顆粒狀正極，所述多孔負極可以為顆粒狀負極；此時所述正極活性物質(zhì)具體為粉末狀的硫酸氧釩，其顆粒狀正極均勻地混合在一起，構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)的場所；所述負極活性物質(zhì)具體為是粉末狀的硫酸釩，其和顆粒狀負極均勻地混合在一起，構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)的場所。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于所述正極框的外圍平面尺寸和所述致密正極相同，其框體寬度范圍為1 mm 30mm，其框體厚度范圍為 0.2 mnT30mm;所述負極框的外圍平面尺寸和所述致密負極相同，其框體寬度范圍為1 mm 30_，其框體厚度范圍為0. 2 _ 30_。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于所述致密正極、致密負極的材質(zhì)具體為致密石墨、玻碳電極或者致密處理后的柔性石墨。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于所述正極框、負極框的材質(zhì)為較高化學(xué)穩(wěn)定性的工程塑料。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非流動型釩素二次電池，其特征在于所述密封墊片的平面形狀和其對應(yīng)的所述正極框或負極框相同，厚度范圍0.02 mm lmm，材料為橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯或涂覆聚四氟乙烯的玻璃纖維。
專利摘要本實用新型提供了一種非流動型釩素二次電池，其發(fā)揮釩電池環(huán)保和長壽命的特點，同時增加其使用的便利性。一組對應(yīng)的電解質(zhì)膜、正極室、負極室構(gòu)成一個單電池，正極室包括正極、正極活性物質(zhì)、正極框，正極包括致密正極和多孔正極，兩者緊密接觸，正極活性物質(zhì)位于多孔正極的孔隙中，正極活性物質(zhì)、多孔正極的混合體位于正極框內(nèi)，且正極活性物質(zhì)、多孔正極的混合體的兩側(cè)端面與正極框的兩側(cè)端面平齊，正極框的外側(cè)端面和致密正極緊密相連、內(nèi)側(cè)端面和電解質(zhì)膜相連；負極室包括負極、負極活性物質(zhì)、負極框，負極包括致密負極和多孔負極，兩者緊密接觸，負極活性物質(zhì)位于多孔負極的孔隙中，負極活性物質(zhì)、多孔負極的混合體位于負極框內(nèi)。
文檔編號H01M8/02GK202050021SQ201120101169
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者余晴春, 小笠原亮, 曹廣益, 胡鳴若 申請人:無錫國贏科技有限公司