[發明專利]一種鋰液流電池反應器及電極懸浮液嵌鋰合成方法

有效

• 申請號: 201310038477.4
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103117406A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 陳永翀;張艷萍;馮彩梅;韓立;張萍;王秋平
• 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;H01M10/058
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 李稚婷

1.一種鋰液流電池反應器，包括反應罐、正極集流芯、負極集流芯、鋰負極、鏤空套管和多孔隔膜；其中：所述負極集流芯為實心棒狀或空心管狀，在負極集流芯的兩端設有負極集流導線；所述鋰負極為箔狀或帶狀，卷繞在負極集流芯的外表面；所述鏤空套管包括鏤空的內套管和外套管，所述鋰負極和負極集流芯置于鏤空套管的內套管內；所述多孔隔膜固定于鏤空套管的內套管和外套管之間；所述正極集流芯纏繞在鏤空套管的外套管表面，在正極集流芯兩端設有正極集流導線；所述反應罐為帶有上下兩個端面的容器，其上端面開有正極進液口，下端面開有正極出液口，在反應罐的四周側壁上開有孔洞，用來將負極集流芯、鋰負極、鏤空套管、多孔隔膜和正極集流芯構成的組裝結構固定在反應罐中。

2.如權利要求1所述的鋰液流電池反應器，其特征在于，所述負極集流芯直徑為2-50mm，材料為不銹鋼、銅合金、導電石墨或表面鍍鋰的金屬材料。

3.如權利要求1所述的鋰液流電池反應器，其特征在于，卷繞在負極集流芯外表面的鋰負極為一層或多層結構，每層的厚度為0.05-0.5mm。

4.如權利要求1所述的鋰液流電池反應器，其特征在于，所述鏤空套管的內套管和外套管上的孔隙相同或不同；所述鏤空套管的材料為電子不導電的非金屬材料。

5.如權利要求1所述的鋰液流電池反應器，其特征在于，所述多孔隔膜的材料為電子不導電的聚合物材料，或者為電子不導電的微孔無機非金屬材料，或者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復合材料，或者為鋰快離子導體粉體和/或陶瓷顆粒與膠粘劑混合制作而成的復合材料。

6.如權利要求1所述的鋰液流電池反應器，其特征在于，所述正極集流芯與多孔隔膜的距離小于5mm；所述正極集流芯的材料為不銹鋼、鋁合金或導電石墨。

7.如權利要求1所述的鋰液流電池反應器，其特征在于，在反應罐側壁的相對位置開有成對的孔洞，孔洞直徑與負極集流芯直徑的尺寸相配合；所述負極集流芯的長度大于鏤空套管的長度，且大于反應罐每對孔洞的連線長度；由負極集流芯、鋰負極、鏤空套管、多孔隔膜和正極集流芯構成的組裝結構通過負極集流芯的兩端插入孔洞，與反應罐之間采用帶有密封墊圈的固定件固定。

8.如權利要求7所述的鋰液流電池反應器，其特征在于，所述鋰液流電池反應器包括一個反應罐和多個由負極集流芯、鋰負極、鏤空套管、多孔隔膜和正極集流芯構成的組裝結構；所述反應罐在其側壁的同一個水平位置上開設一對或多對孔洞，組成一組孔洞，在豎直方向上開設多組孔洞，同一組內的各對孔洞之間的連線相互平行，不同組的各對孔洞之間的連線平行或相交；每對孔洞用于固定一個所述的組裝結構。

9.如權利要求1所述的鋰液流電池反應器，其特征在于，所述鋰液流電池反應器還包括一個氣體保護罩，所述氣體保護罩為密閉箱體，整個反應罐置于氣體保護罩內；所述氣體保護罩開有進液孔、出液孔、進氣口、出氣口、正極極柱孔和負極極柱孔，其中：進液孔與反應罐的正極進液口相連，出液孔與反應罐的正極出液口相連；所有正極集流導線在氣體保護罩內攏合到一起由正極極柱孔引出構成正極極柱，所有負極集流導線在氣體保護罩內攏合到一起由負極極柱孔引出構成負極極柱。

10.一種電極懸浮液嵌鋰合成方法，采用權利要求1～9任一所述的鋰液流電池反應器對電極懸浮液進行電化學合成嵌鋰，包括以下步驟：

a)將電極活性材料和電解液配制成電極懸浮液；

b)讓電極懸浮液由反應罐的正極進液口進入反應罐內，在反應罐內鋰負極脫嵌的鋰離子通過鏤空套管的孔隙、多孔隔膜，最終嵌入到反應罐內電極懸浮液的活性材料顆粒中；

c)通過調節電極懸浮液的流速和電池反應器電壓的大小，來控制反應罐內電極懸浮液的電化學合成過程和嵌鋰程度；

d)反應后的電極懸浮液由反應罐的正極出液口流出，根據需要進行循環反復反應，直到流出電極懸浮液達到要求為止。