[發(fā)明專(zhuān)利]高能量鋰電池及包括該鋰電池的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011405025.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112421160A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷政軍;郭鴻香
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 澳大利亞國(guó)家電力儲(chǔ)能控股有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M50/204
• 分類(lèi)號(hào): 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(wù)所 11359
• 代理人: 徐江華;高超

本發(fā)明涉及一種高能量鋰電池以及包括多個(gè)該高能量鋰電池的可調(diào)節(jié)溫度和制止熱失控的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)。本發(fā)明的高能量鋰電池用于發(fā)電電量的儲(chǔ)存，包括電芯和容納電芯的殼體，所述電芯的能量在2KWh以上，在所述殼體上設(shè)置有泄爆部件。本發(fā)明的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)，是將多個(gè)該高能量鋰電池浸泡在充滿(mǎn)導(dǎo)熱吸收液的電池罐內(nèi)，每個(gè)電池罐的進(jìn)液口與另一個(gè)電池罐的出液口相連，數(shù)個(gè)電池罐、補(bǔ)液箱、液體泵、冷熱塔通過(guò)液體管道相連組成大型儲(chǔ)能系統(tǒng)。正常工作狀態(tài)時(shí)，可通過(guò)導(dǎo)熱吸收液調(diào)節(jié)高能量鋰電池的工作溫度。當(dāng)發(fā)生熱失控時(shí)，高能量鋰電池的泄爆部件發(fā)生破裂，讓殼體內(nèi)的電池組件與外界環(huán)境盡可能多的接觸，讓高能量鋰電池的電解液等易燃物質(zhì)迅速溶解到導(dǎo)熱吸收液中，可迅速終止電芯內(nèi)部的熱失控反應(yīng)，避免讓整個(gè)電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有防止熱失控功能的高能量鋰電池以及包括多個(gè)該高能量鋰電池的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)

發(fā)電企業(yè)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)是，每天的每時(shí)每刻，發(fā)電量是穩(wěn)定和持續(xù)的，而用電量是變化的，用電每天有多次的波峰波谷。發(fā)電企業(yè)通常以波峰值為其發(fā)電值，從而保證供電的不間斷，但這也造成在波谷時(shí)供過(guò)于求，因發(fā)電成本低于儲(chǔ)電成本，因而造成大量的棄電現(xiàn)象，在各種儲(chǔ)能方案中，鋰離子電池儲(chǔ)能體系的儲(chǔ)電成本是最有可能低于平均發(fā)電成本的，然而鋰離子電池儲(chǔ)能體系要達(dá)到大規(guī)模使用的目標(biāo)，需要克服下面兩個(gè)問(wèn)題。

一是由熱失控引發(fā)的失火問(wèn)題，鋰離子電池在過(guò)充、短路、過(guò)熱時(shí)或制造缺陷時(shí)，都會(huì)造成正負(fù)極內(nèi)部短路，造成電芯內(nèi)部瞬間產(chǎn)生大量氣體和熱量，電池內(nèi)部在高溫下隔膜、電解質(zhì)等成分發(fā)生反應(yīng)所造成的電池?zé)崾Э厝紵瑹崾Э貢r(shí)電芯陰極材料會(huì)產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w，引發(fā)電池箱撕裂或爆炸，大量氧氣參與燃燒會(huì)導(dǎo)致熱失控?cái)U(kuò)散加劇，從而造成形成大面積火災(zāi)而難以抑制，危害性極大。

對(duì)于該問(wèn)題，目前常用的防止熱失控的方法為在電池箱內(nèi)，電池模組外，設(shè)置氣體滅火劑或水霧滅火劑蓬頭，通過(guò)噴射滅火劑來(lái)達(dá)到滅火和降溫效果，相對(duì)而言水霧滅火劑的滅火效果要好于氣體滅火劑。

關(guān)于在滅火方面的專(zhuān)利也很多，如CN 111384341 A、CN 207353319 U、CN211428305 U專(zhuān)利，是通過(guò)在箱內(nèi)的噴頭向電池模組直接噴射滅火劑來(lái)達(dá)到降溫和滅火效果，又如專(zhuān)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(shí)，該絕緣液體滅火劑沒(méi)有溫度調(diào)節(jié)作用，但在電池?zé)崾Э貢r(shí)，該絕緣液體滅火劑可起到滅火作用。目前常規(guī)的鋰電池芯都帶有泄爆閥，且泄爆閥的口徑很小，在發(fā)生熱失控時(shí)，會(huì)有大量氣體從泄爆閥排出，滅火劑無(wú)法達(dá)到電芯內(nèi)部，而電芯內(nèi)部的高溫反應(yīng)會(huì)持續(xù)增加，依舊有造成相鄰電芯發(fā)生熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，且上述專(zhuān)利的結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，成本很高。

二是工作溫度問(wèn)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(huì)發(fā)生分解，碳酸二甲酯等碳酸酯類(lèi)溶劑為低閃點(diǎn)、易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，在高于55度時(shí)，可能引發(fā)熱積累而導(dǎo)致熱失控，而溫度過(guò)低，又會(huì)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(huán)境至關(guān)重要。

對(duì)于該問(wèn)題，目前常用的溫控方法為溫度過(guò)低時(shí)采取電加熱，溫度過(guò)高時(shí)通過(guò)風(fēng)冷和水冷散熱，相對(duì)而言水冷的散熱效果要遠(yuǎn)好于風(fēng)冷。

關(guān)于在水冷方面的專(zhuān)利很多，如CN 203895574、UCN 106058383 A、CN 207052730U、CN 108023140 A、CN110379974 A專(zhuān)利，都是通過(guò)水冷方式進(jìn)行降溫，其核心是將單個(gè)電芯或電池模組置于密封的電池倉(cāng)內(nèi)，冷卻水圍繞著電池倉(cāng)進(jìn)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(zhuān)利的結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，成本很高。

當(dāng)鋰電池應(yīng)用于大規(guī)模電力儲(chǔ)能時(shí)，尤其在使用高能量電池時(shí)，因電池?cái)?shù)量巨大，其對(duì)溫度控制和安全性提出更高要求。

目前的技術(shù)和專(zhuān)利僅適合小能量電芯，目前鋰電池電芯的能量最大為0.6KWh，常見(jiàn)為0.2KWh左右。現(xiàn)有的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)急需改進(jìn)，缺少可有效用于發(fā)電電量?jī)?chǔ)存的高能量電池。