[發明專利]高能量鋰電池及包括該鋰電池的大型儲能系統

在審

• 申請號: 202011400301.5
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112421159A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 雷政軍;郭鴻香
• 申請（專利權）人: 澳大利亞國家電力儲能控股有限公司
• 主分類號: H01M50/204
• 分類號: H01M50/204;H01M50/244;H01M50/251;H01M50/342;H01M50/298;H01M50/24;H01M10/613;H01M10/627;H01M10/653;H01M10/6567;H01M10/6568;H01M10/0525;A62C3/16
• 代理公司: 北京高文律師事務所 11359
• 代理人: 徐江華;高超

本發明涉及一種高能量鋰電池以及包括多個該高能量鋰電池的大型儲能系統。本發明的高能量鋰電池用于發電電量的儲存，其包括電芯和容納電芯的殼體，所述殼體的厚度在5?15mm范圍，在所述殼體下方設置有泄爆部件，當發生熱失控時所述泄爆部件會發生破裂，以使電解液快速釋放。本發明的大型儲能系統，其包括多個裝有高能量鋰電池的電池罐，所述電池罐由上罐體和下罐體組成，所述上罐體與隔板組成導熱腔，導熱腔內裝有導熱液，并通過電池罐上罐體的出液管與相鄰電池罐的進液管及液體管道連接成導熱液循環回路，在正常工作狀態，用于控制高能量鋰電池工作溫度；所述下罐體與隔板組成消防腔，消防腔與消防管道連接，當發生熱失控時，高能量鋰電池的泄爆部件發生破裂，可以讓高能量鋰電池的電解液等易燃物質迅速被引導消防管道中，可迅速終止電芯內部的熱失控反應，避免讓整個電池系統發生熱失控的風險。

技術領域

本發明涉及一種用于發電電量的儲存的高能量鋰電池以及包括多個該高能量鋰電池的大型儲能系統。

背景技術

發電企業電力系統的特點是，每天的每時每刻，發電量是穩定和持續的，而用電量是變化的，用電每天有多次的波峰波谷。發電企業通常以波峰值為其發電值，從而保證供電的不間斷，但這也造成在波谷時供過于求，因發電成本低于儲電成本，因而造成大量的棄電現象，在各種儲能方案中，鋰離子電池儲能體系的儲電成本是最有可能低于平均發電成本的，然而鋰離子電池儲能體系要達到大規模使用的目標，需要克服下面兩個問題。

一是由熱失控引發的失火問題，鋰離子電池在過充、短路、過熱時或制造缺陷時，都會造成正負極內部短路，造成電芯內部瞬間產生大量氣體和熱量，電池內部在高溫下隔膜、電解質等成分發生反應所造成的電池熱失控燃燒，熱失控時電芯陰極材料會產生大量的可燃氣體，引發電池箱撕裂或爆炸，大量氧氣參與燃燒會導致熱失控擴散加劇，從而造成形成大面積火災而難以抑制，危害性極大。

對于該問題，目前常用的防止熱失控的方法為在電池箱內，電池模組外，設置氣體滅火劑或水霧滅火劑蓬頭，通過噴射滅火劑來達到滅火和降溫效果，相對而言水霧滅火劑的滅火效果要好于氣體滅火劑。

關于在滅火方面的專利也很多，如CN 111384341 A、CN 207353319U、CN211428305 U專利，是通過在箱內的噴頭向電池模組直接噴射滅火劑來達到降溫和滅火效果，又如專利CN 111640891 A，是電池模組浸泡在靜止的絕緣液體滅火劑中，在正常工作時，該絕緣液體滅火劑沒有溫度調節作用，但在電池熱失控時，該絕緣液體滅火劑可起到降溫和滅火作用。目前常規的鋰電池芯都帶有泄爆閥，且泄爆閥的口徑很小，在發生熱失控時，會有大量氣體從泄爆閥排出，滅火劑無法達到電芯內部，而電芯內部的高溫反應會持續增加，依舊有造成相鄰電芯發生熱失控的風險，且上述專利的結構都很復雜，成本很高。

二是工作溫度問題，商用二次鋰電池電解液主要是由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和六氟磷酸鋰混合而成。其中，由于六氟磷酸鋰60℃以上會發生分解，碳酸二甲酯等碳酸酯類溶劑為低閃點、易揮發的有機溶劑，在高于55度時，可能引發熱積累而導致熱失控，而溫度過低，又會明顯影響鋰離子電池的效率和壽命，因此，控制鋰電池的工作環境至關重要。

對于該問題，目前常用的溫控方法為溫度過低時采取電加熱，溫度過高時通過風冷和水冷散熱，相對而言水冷的散熱效果要遠好于風冷。

關于在水冷方面的專利很多，如CN 203895574、UCN 106058383 A、CN 207052730U、CN 108023140 A、CN110379974 A專利，都是通過水冷方式進行降溫，其核心是將單個電芯或電池模組置于密封的電池倉內，冷卻水圍繞著電池倉進行降溫，冷卻水與電芯不直接接觸，這使的熱交換效率較低，且上述專利的結構都很復雜，成本很高。

當鋰電池應用于大規模電力儲能時，尤其在使用高能量電池時，因電池數量巨大，其對溫度控制和安全性提出更高要求。