[发明专利]一种锂离子液流反应管,锂离子液流电池及其反应器有效

专利信息
申请号: 201210017924.3 申请日: 2012-01-19
公开(公告)号: CN103219537A 公开(公告)日: 2013-07-24
发明(设计)人: 陈永翀;武明晓;王秋平;张萍;韩立 申请(专利权)人: 北京好风光储能技术有限公司;中国科学院电工研究所
主分类号: H01M8/18 分类号: H01M8/18;H01M8/02
代理公司: 北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙) 11360 代理人: 贾晓玲
地址: 100085 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 锂离子 反应 流电 及其 反应器
【说明书】:

技术领域

发明属于化学储能电池领域,特别涉及锂离子液流电池。

背景技术

锂离子液流电池是最新发展起来的一种化学电池技术,它综合了锂离子电池和液流电池的优点,是一种输出功率和储能容量彼此独立、能量密度大,成本较低的新型可充电电池。锂离子液流电池在风力发电、光伏发电、电网调峰、分布电站、市政交通等方面具有非常广阔的市场前景。

锂离子液流电池由正极悬浮液池、负极悬浮液池、电池反应器、液泵及密封管道组成。其中,正极悬浮液池盛放正极复合材料颗粒(如磷酸铁锂复合材料颗粒)和电解液的混合物,负极悬浮液池盛放负极复合材料颗粒(如钛酸锂复合材料颗粒)和电解液的混合物。锂离子液流电池工作时用输液泵对悬浮液进行循环,悬浮液在液泵推动下通过密封管道在悬浮液池和电池反应器之间流动,流速可根据悬浮液浓度和环境温度进行调节。其中,正极悬浮液由正极进液口进入电池反应器的正极反应腔,完成反应后由正极出液口通过密封管道返回正极悬浮液池。与此同时,负极悬浮液由负极进液口进入电池反应器的负极反应腔,完成反应后由负极出液口通过密封管道返回负极悬浮液池。在正极反应腔与负极反应腔之间有电子不导电的多孔隔膜,将正极悬浮液中的正极活性材料颗粒和负极悬浮液中的负极活性材料颗粒相互隔开,避免正负极活性材料颗粒直接而接触导致电池内部的短路。正极反应腔内的正极悬浮液和负极反应腔内的负极悬浮液可以通过多孔隔膜中的电解液进行锂离子交换传输。当电池放电时,负极反应腔中的负极活性材料颗粒内部的锂离子脱嵌而出,进入电解液,并通过多孔隔膜到达正极反应腔,嵌入到正极活性材料颗粒内部;与此同时,负极反应腔中的负极活性材料颗粒内部的电子流入负极集流体,并通过负极集流体的负极极耳流入电池的外部回路,完成做功后通过正极极耳流入正极集流体,最后嵌入正极反应腔中的正极活性材料颗粒内部。电池充电的过程与之相反。在上述放电和充电过程中,正极反应腔中的正极活性材料颗粒处于连续流动或间歇流动的状态,并通过颗粒与颗粒之间的接触以及颗粒与正极集流体的表面接触,形成网络状的电子导电通道,负极反应腔中的负极活性材料颗粒也与此类似。这样,在锂离子液流电池的反应器中完成电池的充放电过程。

虽然锂离子液流电池拥有诸多的优势,但是,如何实现电池的模块化生产以及如何更大限度地提高电池的能量密度是锂离子液流电池技术研发需要解决的重要问题。

发明内容

为解决上述问题,本发明提供一种锂离子液流反应管和锂离子液流电池反应器,该锂离子液流电池反应器极大地扩展了电池反应区域,提高了电池的能量密度,并改善了电极悬浮液的流动性。同时,加工方便,便于模块化生产。

本发明的目的是通过下述方式实现的:

一种锂离子液流反应管,包括多孔集流套、多孔绝缘支撑管、多孔隔膜和集流芯,所述多孔绝缘支撑管包括镂空的内套管和外套管,所述集流芯套在多孔绝缘支撑管的内套管内,所述多孔隔膜固定于多孔绝缘支撑管的内套管和外套管之间,所述多孔集流套套在多孔绝缘支撑管的外套管表面。所述多孔集流套与多孔隔膜的间距小于5毫米,所述集流芯与多孔隔膜的间距小于10毫米。所述多孔绝缘支撑管除有固定支撑多孔隔膜的作用外,还将多孔集流套和集流芯分隔开,避免了多孔集流套、多孔隔膜和集流芯三者之间的直接接触。

所述多孔集流套的两端通过固定件固定在多孔绝缘支撑管外侧。所述集流芯的两端通过集流芯固定件固定,所述集流芯固定件上设有反应管进液口和反应管出液口。

所述多孔集流套为不锈钢、金属铝或表面镀铝材料的正极集流体,所述集流芯为不锈钢、金属铜或表面镀铜材料的负极集流体;或者,所述多孔集流套为不锈钢、金属铜或表面镀铜材料的负极集流体,所述集流芯为不锈钢、金属铝或表面镀铝材料的正极集流体。

所述多孔集流套的孔可以为相互连通的,包括:线圈孔、蛇形孔等;所述多孔集流套的孔也可以为互不连通的孔隙,包括:点阵孔、条纹孔等。

所述集流芯为实心棒状集流体或空心管状集流体,也可以为多孔集流芯。

所述多孔隔膜材料为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或其它电子不导电的聚合物材料,或所述多孔隔膜材料为玻璃纤维无纺布、合成纤维无纺布、陶瓷纤维纸或其它微孔无机非金属材料,或者所述多孔隔膜材料为电子不导电的聚合物基体、液体有机增塑剂和锂盐三部分复合构成的凝胶聚合物电解质复合材料。

所述多孔绝缘支撑管的材料为聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其他电子不导电的非金属材料。所述多孔绝缘支撑管的孔隙可以为相互连通的孔隙,包括:蛇形孔等;所述多孔绝缘支撑管的孔可以为互不连通的孔隙,包括:点阵孔、条纹孔等。

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