[發(fā)明專利]一種液流形式的鋰硫電池儲能系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN104852083B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李洋;張德峰;宗軍
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海泰坦儲能科技有限公司
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M2/02;H01M2/14;H01M4/38;H01M10/613
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司44214
• 代理人: 王賢義

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種液流形式的鋰硫電池儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電池被廣泛應用于各種領(lǐng)域，從電動汽車、手持設(shè)備到微芯片。隨著社會與科技的進步，人們的生活方式對電池性能提出了更高要求，世界各國研究者也一直致力于研發(fā)更好的化學電源。鋰二次電池是20世紀90年代發(fā)展起來的綠色電源，因其具有高可逆容量、高電壓、高循環(huán)性能和較高能量密度等優(yōu)異性能而備受青睞，被稱為21世紀的主導電源。

鋰硫電池是正在開發(fā)的二次電池體系中具有最高能量密度的一種，尤其近些年，以其不可比擬的高比容量和能量密度以及材料價格低廉、存儲量大等優(yōu)越性受到越來越多的研發(fā)人員的重視。傳統(tǒng)的鋰硫電池，都是將活性物質(zhì)硫或其化合物固定于正極，假設(shè)正極的硫完全轉(zhuǎn)化為硫化鋰，則可釋放出的理論比容量為1672mAh/g，理論比能量密度為2600Wh/kg，比目前商用的金屬氧化物等正極材料高出了數(shù)量級的性能，是高性能鋰二次電池的代表和方向，為電動車，混合動力車、航空航天等高耗能器件提供持久的能量，也可以做成廉價高效的儲能系統(tǒng)。但是，鋰硫電池也存在一些問題阻礙了其發(fā)展，如：硫的導電率較低，在充放電過程中產(chǎn)生的多硫化鋰中間產(chǎn)物易溶于有機電解質(zhì)從而使得正極活性材料的流失，沉淀在負極表面的多硫化物可加劇負極的腐蝕從而使負極內(nèi)部阻抗增加，最終導致電池容量的不可逆衰減。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種安全、高效、快捷，且電池放電容量高、循環(huán)性能穩(wěn)定的液流形式的鋰硫電池儲能系統(tǒng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括外部安全殼、設(shè)置在所述外部安全殼上端的正極電極和負極電極、設(shè)置在所述外部安全殼內(nèi)部的正負極隔板驅(qū)動系統(tǒng)和正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及負極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括正極儲液罐、通過正極循環(huán)管道與所述正極儲液罐連通的正極板式換熱器，所述正極儲液罐內(nèi)設(shè)置有將正極活性物質(zhì)彌散于電解液中的正極液流，所述負極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括負極儲液罐、通過負極循環(huán)管道與所述負極儲液罐連通的負極板式換熱器，所述負極儲液罐內(nèi)設(shè)置有將負極活性物質(zhì)彌散于電解液中的負極液流，以液流形式實現(xiàn)鋰離子與硫離子的反應充放電過程。

進一步的，所述正負極隔板驅(qū)動系統(tǒng)包括正極隔板、負極隔板、滲透膜、隔板擠液刷、隔板槽、激活信號接線柱及內(nèi)部控制電路，所述滲透膜設(shè)置在所述正極隔板與所述負極隔板之間，所述隔板槽設(shè)置在所述正極隔板和所述負極隔板的上方，所述激活信號接線柱設(shè)置在所述隔板槽的頂部并露出所述外部安全殼，所述內(nèi)部控制電路設(shè)置在所述隔板槽內(nèi)部并與所述激活信號接線柱電連接，通過電信號對所述正極隔板和所述負極隔板實現(xiàn)自動開闔。

進一步的，所述正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述正極儲液罐上且與所述正極電極電連接的正極接線柱，所述負極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述負極儲液罐上且與所述負極電極電連接的負極接線柱，所述滲透膜為能保證鋰離子自由透過且可抑制硫離子通過的離子選擇性滲透膜。

進一步的，所述滲透膜是由丁苯橡膠、纖維素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈中至少一種制成的滲透膜。

進一步的，所述外部安全殼為抗腐蝕及有較強硬度的金屬材料制成。

進一步的，所述負極活性物質(zhì)為鋰單質(zhì)或其化合物，其均勻彌散于電解液中。

進一步的，所述正極活性物質(zhì)為硫單質(zhì)或其化合物，所述正極活性物質(zhì)與復合層為核，包覆層為殼，形成核殼結(jié)構(gòu)后再均勻彌散于電解液中。

進一步的，所述復合層為石墨、乙炔黑、碳納米管、石墨烯或金屬氧化物中的至少一種，以顆粒狀排布在所述正極活性物質(zhì)的周圍，并形成可供鋰離子進出的通道。

進一步的，所述包覆層為導電聚合物，所述導電聚合物中設(shè)有環(huán)氧乙炔、水溶性聚苯胺、聚噻吩中的至少一種以增加正極的導電性。

進一步的，所述電解液包括有機溶劑和鋰鹽。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用傳統(tǒng)鋰硫電池與液流電池相結(jié)合的思路，構(gòu)造一個全液流形式的電池系統(tǒng)，通過將正負極活性物質(zhì)均勻彌散在電解液中，并設(shè)置中間離子選擇性滲透膜，有效抑制正極硫的不溶化合物支晶，沉淀，穿梭效益等問題。同時，設(shè)置正負極非能動電池液自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及隔板驅(qū)動系統(tǒng)，為電池系統(tǒng)提供一個溫度恒定、電池液均勻以及安全可靠的環(huán)境。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點及效果：

1.外部安全殼封閉，為內(nèi)部電池核心部分提供保護屏障，提高整個電池系統(tǒng)的安全性，保證了鋰硫電池的安全、穩(wěn)定的運行。