[發(fā)明專利]一種鋰離子液流電池反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210442594.2
• 申請(qǐng)日: 2012-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN102945978A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳永翀;張艷萍;馮彩梅;韓立;張萍;王秋平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): H01M8/18
• 分類號(hào): H01M8/18;H01M8/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有惰性氣體保護(hù)裝置的鋰離子液流電池反應(yīng)器。

背景技術(shù)

鋰離子液流電池綜合了鋰離子電池和液流電池的優(yōu)點(diǎn)，是一種能量密度大、成本較低的新型可充電電池。鋰離子液流電池由正極懸浮液池、負(fù)極懸浮液池、電池反應(yīng)器、液泵（或者其他動(dòng)力系統(tǒng)）及密封管道組成。其中，正極懸浮液池盛放正極復(fù)合材料顆粒（如磷酸鐵鋰復(fù)合材料顆粒）和電解液的混合物，負(fù)極懸浮液池盛放負(fù)極復(fù)合材料顆粒（如鈦酸鋰復(fù)合材料顆粒）和電解液的混合物。鋰離子液流電池工作時(shí)，電極懸浮液在液泵（或其他動(dòng)力）的推動(dòng)下通過密封管道在電極懸浮液池和電池反應(yīng)器之間流動(dòng)，流速可根據(jù)電極懸浮液濃度和環(huán)境溫度（或者動(dòng)力大小）進(jìn)行調(diào)節(jié)。

鋰離子液流電池的關(guān)鍵部件是電池反應(yīng)器，包括正極懸浮液通道和負(fù)極懸浮液通道，在正極懸浮液通道和負(fù)極懸浮液通道之間設(shè)有電子不導(dǎo)電的多孔隔膜，充放電時(shí)，正極懸浮液通道內(nèi)的正極懸浮液和相鄰負(fù)極懸浮液通道內(nèi)的負(fù)極懸浮液的鋰離子可以通過多孔隔膜微孔中的電解液進(jìn)行交換。具體過程是，當(dāng)電池放電時(shí)，負(fù)極懸浮液通道內(nèi)的負(fù)極復(fù)合材料顆粒內(nèi)部的鋰離子脫嵌而出，進(jìn)入電解液，并通過多孔隔膜到達(dá)正極懸浮液通道，嵌入到正極復(fù)合材料顆粒內(nèi)部；與此同時(shí)，負(fù)極懸浮液通道中的負(fù)極復(fù)合材料顆粒內(nèi)部的電子流入負(fù)極集流體，并通過負(fù)極極耳流入負(fù)極極柱，在電池的外部回路完成做功后流入正極極柱，通過正極極耳流入正極集流體，最后嵌入正極懸浮液通道中的正極復(fù)合材料顆粒內(nèi)部。電池充電的過程與之相反。這樣，在鋰離子液流電池反應(yīng)器中進(jìn)行電池的充放電過程。

電極懸浮液由有機(jī)電解液、電極活性材料和導(dǎo)電劑組成，是一種粘稠的非水系懸浮液。由于目前的電池反應(yīng)器沒有設(shè)置惰性氣體保護(hù)通道，電池反應(yīng)器長(zhǎng)期使用后，會(huì)出現(xiàn)氣密性不好使得外界空氣中的水蒸氣和氧氣與電極懸浮液直接接觸，影響電池反應(yīng)器的安全性能，這些問題在一定程度上影響了鋰離子液流電池的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服目前電池反應(yīng)器存在的氣密性不足、散熱性不好等缺點(diǎn)，提出一種鋰離子液流電池反應(yīng)器。

本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的：

一種鋰離子液流電池反應(yīng)器，包括惰性氣體通道、正極懸浮液通道和負(fù)極懸浮液通道，正極懸浮液通道和負(fù)極懸浮液通道組成電極懸浮液通道。

所述正極懸浮液通道和負(fù)極懸浮液通道之間設(shè)有一層或者多層多孔隔膜，正極懸浮液通道、負(fù)極懸浮液通道與多孔隔膜的四周的邊緣處粘接固定在一起，構(gòu)成電極懸浮液通道。所述惰性氣體通道設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，惰性氣體通道處于所述的電極懸浮液通道外側(cè)四周邊緣，與電極懸浮液通道相互獨(dú)立，惰性氣體通道內(nèi)惰性氣體與電極懸浮液通道內(nèi)的電極懸浮液互不直接接觸。惰性氣體由惰性氣體通道的進(jìn)氣口進(jìn)入所述的鋰離子液流電池反應(yīng)器，在電極懸浮液通道邊緣外側(cè)四周流通，為電池反應(yīng)器提供惰性氣體保護(hù)氛圍。所述惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤饣虻獨(dú)寤旌蠚怏w。

所述的正極懸浮液通道由正極集流體和正極塑料墊板組成，在正極集流體的邊緣處粘接固定正極塑料墊板，所述的負(fù)極懸浮液通道由負(fù)極集流體和負(fù)極塑料墊板組成，在負(fù)極集流體的邊緣處粘接固定負(fù)極塑料墊板。在正極懸浮液通道和負(fù)極懸浮液通道之間設(shè)有一層或者多層多孔隔膜，所述多孔隔膜粘接固定在正極塑料墊板和負(fù)極塑料墊板之間，多孔隔膜將正極懸浮液中的正極活性材料顆粒和負(fù)極懸浮液中的負(fù)極活性材料顆粒相互隔開，避免正負(fù)極活性材料顆粒直接接觸而導(dǎo)致電池內(nèi)部的短路。

進(jìn)一步，正極集流體和負(fù)極集流體為平板，或?yàn)榫哂兄蓖喜鄣牟ㄐ伟澹龅牟ㄐ伟宓钠拭嫘螤顬檎也ɑ蚍讲ɑ蛉遣ɑ蛱菪尾ɑ蜾忼X波或脈沖波，或者具有凸凹起伏的異型波。正極集流板采用鋁板或表面鍍鋁的金屬板，金屬板的厚度為0.05~0.5毫米，負(fù)極集流板的材料為銅或鎳或表面鍍銅或表面鍍鎳的金屬板，金屬板的厚度為0.05~0.5毫米。所述的塑料墊板材料為不與電解液反應(yīng)的電子不導(dǎo)電的有機(jī)材料。多孔隔膜的材料采用聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等的電子不導(dǎo)電的聚合物材料中的一種，或者采用玻璃纖維無紡布、合成纖維無紡布、陶瓷纖維紙等的電子不導(dǎo)電的微孔無機(jī)非金屬材料中的一種，或者，多孔隔膜的材料采用電子不導(dǎo)電的聚合物基體、液體有機(jī)增塑劑和鋰鹽三部分復(fù)合構(gòu)成的凝膠聚合物電解質(zhì)復(fù)合材料。多孔隔膜的孔隙內(nèi)為電子不導(dǎo)電的電解液。多孔隔膜的作用是阻礙正極顆粒和負(fù)極顆粒材料的通過而允許含鋰離子的電解液通過。