[發(fā)明專利]一種鋰離子液流反應管，鋰離子液流電池及其反應器

有效

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• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN103219537A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 陳永翀;武明曉;王秋平;張萍;韓立
• 申請（專利權）人: 北京好風光儲能技術有限公司;中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M8/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發(fā)明屬于化學儲能電池領域，特別涉及鋰離子液流電池。

背景技術

鋰離子液流電池是最新發(fā)展起來的一種化學電池技術，它綜合了鋰離子電池和液流電池的優(yōu)點，是一種輸出功率和儲能容量彼此獨立、能量密度大，成本較低的新型可充電電池。鋰離子液流電池在風力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、市政交通等方面具有非常廣闊的市場前景。

鋰離子液流電池由正極懸浮液池、負極懸浮液池、電池反應器、液泵及密封管道組成。其中，正極懸浮液池盛放正極復合材料顆粒(如磷酸鐵鋰復合材料顆粒)和電解液的混合物，負極懸浮液池盛放負極復合材料顆粒(如鈦酸鋰復合材料顆粒)和電解液的混合物。鋰離子液流電池工作時用輸液泵對懸浮液進行循環(huán)，懸浮液在液泵推動下通過密封管道在懸浮液池和電池反應器之間流動，流速可根據(jù)懸浮液濃度和環(huán)境溫度進行調(diào)節(jié)。其中，正極懸浮液由正極進液口進入電池反應器的正極反應腔，完成反應后由正極出液口通過密封管道返回正極懸浮液池。與此同時，負極懸浮液由負極進液口進入電池反應器的負極反應腔，完成反應后由負極出液口通過密封管道返回負極懸浮液池。在正極反應腔與負極反應腔之間有電子不導電的多孔隔膜，將正極懸浮液中的正極活性材料顆粒和負極懸浮液中的負極活性材料顆粒相互隔開，避免正負極活性材料顆粒直接而接觸導致電池內(nèi)部的短路。正極反應腔內(nèi)的正極懸浮液和負極反應腔內(nèi)的負極懸浮液可以通過多孔隔膜中的電解液進行鋰離子交換傳輸。當電池放電時，負極反應腔中的負極活性材料顆粒內(nèi)部的鋰離子脫嵌而出，進入電解液，并通過多孔隔膜到達正極反應腔，嵌入到正極活性材料顆粒內(nèi)部；與此同時，負極反應腔中的負極活性材料顆粒內(nèi)部的電子流入負極集流體，并通過負極集流體的負極極耳流入電池的外部回路，完成做功后通過正極極耳流入正極集流體，最后嵌入正極反應腔中的正極活性材料顆粒內(nèi)部。電池充電的過程與之相反。在上述放電和充電過程中，正極反應腔中的正極活性材料顆粒處于連續(xù)流動或間歇流動的狀態(tài)，并通過顆粒與顆粒之間的接觸以及顆粒與正極集流體的表面接觸，形成網(wǎng)絡狀的電子導電通道，負極反應腔中的負極活性材料顆粒也與此類似。這樣，在鋰離子液流電池的反應器中完成電池的充放電過程。

雖然鋰離子液流電池擁有諸多的優(yōu)勢，但是，如何實現(xiàn)電池的模塊化生產(chǎn)以及如何更大限度地提高電池的能量密度是鋰離子液流電池技術研發(fā)需要解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鋰離子液流反應管和鋰離子液流電池反應器，該鋰離子液流電池反應器極大地擴展了電池反應區(qū)域，提高了電池的能量密度，并改善了電極懸浮液的流動性。同時，加工方便，便于模塊化生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的是通過下述方式實現(xiàn)的：

一種鋰離子液流反應管，包括多孔集流套、多孔絕緣支撐管、多孔隔膜和集流芯，所述多孔絕緣支撐管包括鏤空的內(nèi)套管和外套管，所述集流芯套在多孔絕緣支撐管的內(nèi)套管內(nèi)，所述多孔隔膜固定于多孔絕緣支撐管的內(nèi)套管和外套管之間，所述多孔集流套套在多孔絕緣支撐管的外套管表面。所述多孔集流套與多孔隔膜的間距小于5毫米，所述集流芯與多孔隔膜的間距小于10毫米。所述多孔絕緣支撐管除有固定支撐多孔隔膜的作用外，還將多孔集流套和集流芯分隔開，避免了多孔集流套、多孔隔膜和集流芯三者之間的直接接觸。

所述多孔集流套的兩端通過固定件固定在多孔絕緣支撐管外側。所述集流芯的兩端通過集流芯固定件固定，所述集流芯固定件上設有反應管進液口和反應管出液口。

所述多孔集流套為不銹鋼、金屬鋁或表面鍍鋁材料的正極集流體，所述集流芯為不銹鋼、金屬銅或表面鍍銅材料的負極集流體；或者，所述多孔集流套為不銹鋼、金屬銅或表面鍍銅材料的負極集流體，所述集流芯為不銹鋼、金屬鋁或表面鍍鋁材料的正極集流體。

所述多孔集流套的孔可以為相互連通的，包括：線圈孔、蛇形孔等；所述多孔集流套的孔也可以為互不連通的孔隙，包括：點陣孔、條紋孔等。

所述集流芯為實心棒狀集流體或空心管狀集流體，也可以為多孔集流芯。

所述多孔隔膜材料為聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或其它電子不導電的聚合物材料，或所述多孔隔膜材料為玻璃纖維無紡布、合成纖維無紡布、陶瓷纖維紙或其它微孔無機非金屬材料，或者所述多孔隔膜材料為電子不導電的聚合物基體、液體有機增塑劑和鋰鹽三部分復合構成的凝膠聚合物電解質(zhì)復合材料。

所述多孔絕緣支撐管的材料為聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其他電子不導電的非金屬材料。所述多孔絕緣支撐管的孔隙可以為相互連通的孔隙，包括：蛇形孔等；所述多孔絕緣支撐管的孔可以為互不連通的孔隙，包括：點陣孔、條紋孔等。