[发明专利]用于制作电化学单元电池单体的高产量制造工艺以及使用该工艺生产的电化学单元电池单体

说明书

液流电池可以通过将多个电化学单元电池单体彼此组合在一起成为电池单体堆来构成。用于制造电化学单元电池单体的高产量工艺可以包括：提供来自卷状源的用于形成软品组件和硬品组件的材料，将所述材料供应到生产线，以及，形成具有布置在隔板的相反两侧上的双极板的电化学单元电池单体。电化学单元电池单体可以具有使得电池单体堆中的相邻的电化学单元电池单体之间共用双极板的构造，或者使得相邻的电化学单元电池单体之间的双极板在电池单体堆中彼此邻接在一起的构造。

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本公开总体上涉及电化学单元电池单体，更具体来说，涉及在液流电池和其它电化学系统中使用的电化学单元电池单体的高产量制造工艺。

背景技术

针对大型能量存储应用，已经广泛提出了诸如电池、超级电容器等的电化学能量存储系统。为此目的，已经考虑了包括液流电池的各种电池设计。与其它类型的电化学能量存储系统相比，液流电池可以是有利的(尤其对于大型应用来说)，因为液流电池能够使功率密度的参数和能量密度的参数彼此分离(decouple)。

液流电池通常包括在对应的电解质溶液中的负极活性材料和正极活性材料，在包含负电极和正电极的电化学电池单体中，所述对应的电解质溶液分别流过膜或隔板的相反两侧。液流电池通过发生在两个半电池单体(half-cell)内部的活性材料的电化学反应而被充电或放电。如本文中所用，术语“活性材料”、“电活性材料”、“氧化还原活性材料”或其变体将同义地指代在液流电池等电化学能量存储系统的工作期间(即，在充电或放电期间)经历氧化态变化的材料。整个电化学电池单体包含由隔板材料分隔开的两个半电池单体(即，正半电池单体和负半电池单体)。

为了增加液流电池所能存储和释放的能量的量，多个单独的电化学电池单体可以放置成彼此电连通。将多个单独的电化学电池单体放置成彼此电连通通常涉及利用在相邻的电化学电池单体之间建立电连通的双极板将多个单独的电化学电池单体定位在“电池单体堆”或“电化学电池堆”中。

单独的电化学电池单体的设计和制造通常涉及各种“硬品(hard goods)”和“软品(soft goods)”的彼此配合。软品可以包括隔板材料、电极以及用于在电化学电池单体内的期望区域中容纳电解质溶液的密封件。硬品可以包括双极板以及任何用于容纳软品的框架材料。电化学电池单体的常规制造工艺通常是模制和/或加工各个电池单体的硬品，然后通过手动地或者用半自动取放工艺定位软品来完成电池单体组装。这种用于组装电化学电池单体的手动和半自动的批量工艺代表了很大程度上不能产生高产量的有速度限制(rate-limiting)的制造步骤。如果需要构造相当大数量的单独的电化学电池单体，即使是硬品的模制和加工工艺也会变得有问题。此外，前述类型的批量制造工艺可能非常容易由于操作者的错误而生产出有缺陷的电池单体。因此，用于生产电化学电池单体和电池单体堆的制造工艺依然费力、耗时且昂贵。

鉴于前述情形，在本领域中非常期望有与高产量制造工艺兼容的电化学电池单体设计。本公开满足了前述需求并且还提供了相关优点。

发明内容