一种阳极包覆型阳极支撑电池以及流延刀片的制作方法

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池领域，具体而言，涉及一种阳极包覆型阳极支撑电池以及流延刀片。

背景技术：

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，与其它发电装置相比，具有清洁、高效的特点。SOFC单电池主要由阳极支撑层、阳极功能层、电解质层、阴极层组成。其工作原理是：在阳极通入燃料气(氢气、甲烷等)，在阴极通入氧化气(空气或氧气)，氧气在阴极得到电子变成氧离子，氧离子通过电解质层到达阳极，与阳极的燃料气发生反应放出电子，电子通过外电路可带动相应的负载运行，即达到发电的效果。

目前常用的电池类型有电解质支撑电池、阳极支撑电池等。阳极支撑电池具有强度高、功率密度高的优点，因此得到了较大的发展。现有阳极支撑电池制备工艺主要是：通过流延工艺制备阳极支撑层，然后在阳极上丝网印刷阳极功能层及电解质层，然后用刀模切成所需尺寸，放入烧结炉中共烧结，之后印刷阴极层，烧结后得到全电池。由于燃料气和氧化气必须在各自的区域内流动或反应，不能发生漏气或串气，因此电池的密封性至关重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种阳极包覆型阳极支撑电池，其密封性能好，能有效避免使用过程中阳极侧面漏气或串气的发生。

本实用新型的另一目的在于提供一种流延刀片，其能够实现上述阳极包覆型阳极支撑电池多层间的共流延制备，其操作简单方便，生产效率高。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种阳极包覆型阳极支撑电池，其包括阳极支撑层、阳极功能层、电解质层、以及阴极层；其中，电解质层具有相对的第一表面和第二表面，第一表面与阴极层接触，第二表面设置有凹槽，阳极功能层设置于凹槽内并与凹槽的底壁接触，阳极支撑层位于凹槽内并与阳极功能层接触。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，阳极支撑层的厚度为300～1000μm。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，阳极功能层的厚度为10～50μm。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，凹槽的底壁至第二表面的厚度为10～30μm。

一种用于制备上述阳极包覆型阳极支撑电池的流延刀片，其包括：

主刀片，主刀片包括用于阻挡流延浆料流出的主止挡面，以及位于主止挡面宽度方向两侧的第一侧面和第二侧面，主止挡面下方形成有供流延浆料流出的主流延口；

副刀片，副刀片包括第一副刀片和第二副刀片；第一副刀片包括用于阻挡流延浆料流出的第一副止挡面，第一副止挡面下方形成有供流延浆料流出的第一副流延口；第一副刀片与第一侧面滑动配合，并可沿第一侧面的长度方向滑动以调整第一副流延口的高度；第二副刀片包括用于阻挡流延浆料流出的第二副止挡面，第二副止挡面下方形成有供流延浆料流出的第二副流延口；第二副刀片与第二侧面滑动配合，并可沿第二侧面的长度方向滑动以调整第二副流延口的高度。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，主止挡面、第一副止挡面和第二副止挡面共面。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，主刀片的底部设置有用于将流出的流延浆料抚平的挤压面，挤压面与第一侧面、第二侧面之间均形成有倒角面，倒角面与挤压面的夹角为10～45°。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，沿第一侧面的长度方向设置有第一凹槽，第一副刀片设置有与第一凹槽配合的第一凸棱，第一凸棱嵌设于第一凹槽中并可沿第一凹槽滑动；

沿第二侧面的长度方向设置有第二凹槽，第二副刀片设置有与第二凹槽配合的第二凸棱，第二凸棱嵌设于第二凹槽中并可沿第二凹槽滑动。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，第一凹槽和第二凹槽的槽口宽度均小于槽底宽度，第一凸棱和第二凸棱的顶部宽度均大于底部宽度。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，主刀片还包括与主止挡面相对的安装面，安装面设置有多个螺纹孔以及与螺纹孔配合的紧固螺钉，多个螺纹孔贯穿安装面，分别与第一凹槽和第二凹槽连通，流延刀片可以通过旋紧紧固螺钉来锁定第一副刀片和第二副刀片的滑动。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型实施例提供了一种阳极包覆型阳极支撑电池，其包括阳极支撑层、阳极功能层、电解质层、以及阴极层。其中，电解质层的第二表面设置有凹槽，阳极功能层和阳极支撑层位于凹槽内。电解质层可以对阳极材料进行包覆，保证了电池的气密性，使电池在运行时阳极侧面不会产生漏气。同时，用以包覆的材料与电解质材料相同，易于共烧结、不发生烧结开裂现象。

本实用新型实施例还提供了一种用于制备上述阳极包覆型阳极支撑电池的流延刀片，其包括主刀片和位于主刀片两侧的副刀片，副刀片与主刀片之间为滑动配合。在主刀片和副刀片的配合使用下，可以实现上述阳极包覆型阳极支撑电池多层间的共流延制备。其具备操作简单，生产效率高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中阳极支撑电池的结构示意图；

图2为本实用新型实施例第一实施例所提供的阳极包覆型阳极支撑电池的结构示意图；

图3为本实用新型实施例第一实施例所提供的阳极包覆型阳极支撑电池的爆炸图；

图4为本实用新型实施例第二实施例所提供的流延刀片的示意图；

图5为本实用新型实施例第二实施例所提供的流延刀片的工作状态示意图；

图6为本实用新型实施例第二实施例所提供的流延刀片的主刀片的示意图；

图7为本实用新型实施例第二实施例所提供的流延刀片的第二副刀片的示意图。

图标：100-阳极支撑电池；110-阳极支撑层；120-阳极功能层；130-电解质层；140-阴极层；200-阳极包覆型阳极支撑电池；210-阳极支撑层；220-阳极功能层；230-电解质层；231-第一表面；232-第二表面；233-凹槽；240-阴极层；300-流延刀片；310-主刀片；310a-主流延口；311-主止挡面；312-挤压面；313-第一侧面；314-第二侧面；314a-第二凹槽；315-倒角面；316-安装面；317-紧固螺钉；320-第一副刀片；321-第一副止挡面；322-第一凸棱；330-第二副刀片；331-第二副止挡面；332-第二凸棱；410-浆料槽；420-浆料；430-塑料膜带；440-坯体。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一实施例

传统的阳极支撑电池100如图1所示，其包括阳极支撑层110、阳极功能层120、电解质层130和阴极层140，阳极支撑层110、阳极功能层120、电解质层130和阴极层140之间采用依次堆叠的形式，由于阳极支撑层110和阳极功能层120是多孔的，该阳极支撑电池100的四面在测试或运行时会发生燃料气漏气现象，降低电池性能，也不利于电池的长期稳定运行。

基于此，本实施例提供了一种阳极包覆型阳极支撑电池200，参照图2所示，其包括阳极支撑层210、阳极功能层220、电解质层230、以及阴极层240。

其中，如图2和图3所示，电解质层230具有相对的第一表面231和第二表面232，第一表面231与阴极层240贴合，第二表面232设置有凹槽233，阳极功能层220设置于凹槽233内并与凹槽233的底壁贴合，阳极支撑层210位于凹槽233内并与阳极功能层220贴合。也即是说，由电解质层230对于阳极功能层220和阳极支撑层210形成包覆，经过烧结后，包覆层是致密的，电池运行时不会产生漏气问题。并且，由于包覆层与电解质层230的材料相同，易于共烧结、不发生烧结开裂现象。

进一步地，阳极支撑层210的厚度为300～1000μm。其材质可以为NiO/YSZ、、NiO/SSZ和NiO/GDC中的一种或其它阳极支撑层材料，其是由粘度为5000-20000mPa·s的浆料在塑料膜带上流延形成坯体，再对坯体进行静置干燥或加热干燥形成的。

进一步地，阳极功能层220的厚度为10～50μm。其材质可以为NiO/YSZ、、NiO/SSZ和NiO/GDC中的一种或其它阳极功能层材料，其是由粘度为2000-20000mPa·s的浆料在阳极支撑层210上流延形成坯体，再对坯体进行静置干燥或加热干燥形成的。在进行流延时，阳极功能层220的流延宽度可比阳极支撑层210略小。干燥后的坯体需要进行切边处理，切掉坯体边缘厚度不均匀的部分，得到所需宽度的坯体。

进一步地，在本实用新型其它较佳实施例中，凹槽233的底壁至第二表面232的厚度为10～30μm。凹槽233的深度约等于阳极支撑层210和阳极功能层220的厚度之和，也即是说阳极支撑层210的下表面与第二表面232是共面的。电解质层230的材质可以为YSZ、SSZ和GDC中的一种或其它电解质材料。其是由粘度为2000-20000mPa·s的浆料在阳极功能层220以及阳极功能层220两侧的塑料膜带上流延形成坯体，再对坯体进行静置干燥或加热干燥形成的。电解质层230的流延宽度比阳极功能层220宽10～50μm。宽出的部分，对阳极支撑层210和阳极功能层220形成包覆。

上述由阳极支撑层210、阳极功能层220和电解质层230组成的三层坯体，在干燥后切成所需的形状，再进行烧结即可得到半电池。在半电池上印刷阴极层240后再烧结，即可得到全电池。

第二实施例

本实施例提供了一种用于制备上述阳极包覆型阳极支撑电池200的流延刀片300，参照图4所示，其包括主刀片310和副刀片。

其中，如图4和图5所示，主刀片310包括主止挡面311，主止挡面311作为浆料槽410一侧的槽壁，用以阻止浆料槽410中的浆料420流出。同时，主止挡面311的下缘与塑料膜带430之间形成有主流延口310a，浆料420可由主流延口310a流出，在塑料膜带430上形成坯体440。在实际生产时，通过调整主刀片310的高度，来改变主流延口310a的高度，从而调整形成的坯体440的厚度。

进一步地，如图6所示，主刀片310的底部设置有挤压面312，挤压面312与塑料膜带保持平行，挤压面312可以将主流延口310a流出的浆料420抚平，保持形成的坯体440的平整性。

主止挡面311在宽度方向上的两侧分别设置由第一侧面313和第二侧面314，第一侧面313和第二侧面314相对设置。挤压面312与第一侧面313、第二侧面314之间均形成有倒角面315，倒角面315与挤压面312的夹角为10～45°。与现有技术中的直角型流延刀相比，倒角面315的设计可以适当增加主刀片310宽度方向上两侧流出的浆料420的量，从而有效缓解现有技术中，坯体440两侧偏薄的问题。

进一步地，如图4和图7所示，副刀片包括第一副刀片320和第二副刀片330。其中，第一副刀片320包括用于阻挡浆料420流出的第一副止挡面321，第一副止挡面321下方形成有供浆料420流出的第一副流延口(图未示)，第一副止挡面321和第一副流延口的作用可参照主止挡面311和主流延口310a的相关描述，此处不再进行赘述。第一副刀片320与第一侧面313滑动配合，并可沿第一侧面313的长度方向滑动以调整第一副流延口的高度。具体地，在本实施例中，沿第一侧面313的长度方向设置有第一凹槽(未标示)，第一副刀片320设置有与第一凹槽配合的第一凸棱322，第一凸棱322嵌设于第一凹槽中并可沿第一凹槽滑动。

相应地，第二副刀片330包括用于阻挡浆料420流出的第二副止挡面331，第二副止挡面331下方形成有供浆料420流出的第二副流延口(图未示)；第二副刀片330与第二侧面314滑动配合，并可沿第二侧面314的长度方向滑动以调整第二副流延口的高度。具体地，沿第二侧面314的长度方向设置有第二凹槽314a，第二副刀片330设置有与第二凹槽314a配合的第二凸棱332，第二凸棱332嵌设于第二凹槽314a中并可沿第二凹槽314a滑动。其中，主止挡面311、第一副止挡面321和第二副止挡面331共面，可共同作为浆料槽410一侧的槽壁，对浆料420起到止挡的作用。优选地，在本实施例中，第一副刀片320和第二副刀片330同样设置有倒角面315，具体的设置方式可参照主刀片310的倒角面315来进行，此处将不再进行赘述。

在本实施例中，第一凹槽和第二凹槽314a的横截面均为梯形，其槽口宽度均小于槽底宽度。相应地，第一凸棱322和第二凸棱332的横截面也设置为梯形，其顶部宽度均大于底部宽度。这样的设置方式可以防止第一凸棱322沿第一凹槽的深度方向脱出，限制第一凸棱322只能沿着第一凹槽的长度方向滑动，第二凸棱332和第二凹槽314a同理。优选地，还可以在主止挡面311的两侧设置刻度尺(图未示)，刻度尺沿主刀片310的长度方向设置，用以精确指示第一副刀片320和第二副刀片330的位置。

进一步地，如图6所示，主刀片310还包括与主止挡面311相对的安装面316，安装面316设置有多个螺纹孔(图未示)以及与螺纹孔配合的紧固螺钉317，多个螺纹孔贯穿安装面316，分别与第一凹槽和第二凹槽314a连通，流延刀片300可以通过旋紧紧固螺钉317，对第一凸棱322和第二凸棱332造成挤压，增加其与第一凹槽和第二凹槽314a的摩擦力，从而锁定第一副刀片320和第二副刀片330的滑动。

本实施例提供的流延刀片300在进行阳极支撑层210和阳极功能层220流延时，仅需要使用主刀片310即可。而在进行电解质层230的流延时，则需要配合第一副刀片320和第二副刀片330使用。具体地，通过滑动第一副刀片320和第二副刀片330，使第一副流延口和第二副流延口的高度比主流延口310a高出1～5mm，让第一副流延口和第二副流延口中能有更多的浆料420流出，在阳极支撑层210和阳极功能层220两侧形成包覆。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种阳极包覆型阳极支撑电池，其包括阳极支撑层、阳极功能层、电解质层、以及阴极层。其中，电解质层的第二表面设置有凹槽，阳极功能层和阳极支撑层位于凹槽内。电解质层可以对阳极材料进行包覆，保证了电池的气密性，使电池在运行时不会产生漏气。同时，用以包覆的材料与电解质材料相同，易于共烧结、不发生烧结开裂现象。

本实用新型实施例还提供了一种用于制备上述阳极包覆型阳极支撑电池的流延刀片，其包括主刀片和位于主刀片两侧的副刀片，副刀片与主刀片之间为滑动配合。在主刀片和副刀片的配合使用下，可以实现上述阳极包覆型阳极支撑电池多层间的共流延制备。其具备操作简单，生产效率高的特点。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。