[发明专利]一种锂离子液流电池反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有惰性气体保护装置的锂离子液流电池反应器。

背景技术

锂离子液流电池综合了锂离子电池和液流电池的优点，是一种能量密度大、成本较低的新型可充电电池。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（或者其他动力系统）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，电极悬浮液在液泵（或其他动力）的推动下通过密封管道在电极悬浮液池和电池反应器之间流动，流速可根据电极悬浮液浓度和环境温度（或者动力大小）进行调节。

锂离子液流电池的关键部件是电池反应器，包括正极悬浮液通道和负极悬浮液通道，在正极悬浮液通道和负极悬浮液通道之间设有电子不导电的多孔隔膜，充放电时，正极悬浮液通道内的正极悬浮液和相邻负极悬浮液通道内的负极悬浮液的锂离子可以通过多孔隔膜微孔中的电解液进行交换。具体过程是，当电池放电时，负极悬浮液通道内的负极复合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悬浮液通道，嵌入到正极复合材料颗粒内部；与此同时，负极悬浮液通道中的负极复合材料颗粒内部的电子流入负极集流体，并通过负极极耳流入负极极柱，在电池的外部回路完成做功后流入正极极柱，通过正极极耳流入正极集流体，最后嵌入正极悬浮液通道中的正极复合材料颗粒内部。电池充电的过程与之相反。这样，在锂离子液流电池反应器中进行电池的充放电过程。

电极悬浮液由有机电解液、电极活性材料和导电剂组成，是一种粘稠的非水系悬浮液。由于目前的电池反应器没有设置惰性气体保护通道，电池反应器长期使用后，会出现气密性不好使得外界空气中的水蒸气和氧气与电极悬浮液直接接触，影响电池反应器的安全性能，这些问题在一定程度上影响了锂离子液流电池的整体性能。

发明内容

本发明目的在于克服目前电池反应器存在的气密性不足、散热性不好等缺点，提出一种锂离子液流电池反应器。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

一种锂离子液流电池反应器，包括惰性气体通道、正极悬浮液通道和负极悬浮液通道，正极悬浮液通道和负极悬浮液通道组成电极悬浮液通道。

所述正极悬浮液通道和负极悬浮液通道之间设有一层或者多层多孔隔膜，正极悬浮液通道、负极悬浮液通道与多孔隔膜的四周的边缘处粘接固定在一起，构成电极悬浮液通道。所述惰性气体通道设有进气口和出气口，惰性气体通道处于所述的电极悬浮液通道外侧四周边缘，与电极悬浮液通道相互独立，惰性气体通道内惰性气体与电极悬浮液通道内的电极悬浮液互不直接接触。惰性气体由惰性气体通道的进气口进入所述的锂离子液流电池反应器，在电极悬浮液通道边缘外侧四周流通，为电池反应器提供惰性气体保护氛围。所述惰性气体为氮气或氩气或氮氩混合气体。

所述的正极悬浮液通道由正极集流体和正极塑料垫板组成，在正极集流体的边缘处粘接固定正极塑料垫板，所述的负极悬浮液通道由负极集流体和负极塑料垫板组成，在负极集流体的边缘处粘接固定负极塑料垫板。在正极悬浮液通道和负极悬浮液通道之间设有一层或者多层多孔隔膜，所述多孔隔膜粘接固定在正极塑料垫板和负极塑料垫板之间，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接触而导致电池内部的短路。

进一步，正极集流体和负极集流体为平板，或为具有直通沟槽的波形板，所述的波形板的剖面形状为正弦波或方波或三角波或梯形波或锯齿波或脉冲波，或者具有凸凹起伏的异型波。正极集流板采用铝板或表面镀铝的金属板，金属板的厚度为0.05~0.5毫米，负极集流板的材料为铜或镍或表面镀铜或表面镀镍的金属板，金属板的厚度为0.05~0.5毫米。所述的塑料垫板材料为不与电解液反应的电子不导电的有机材料。多孔隔膜的材料采用聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等的电子不导电的聚合物材料中的一种，或者采用玻璃纤维无纺布、合成纤维无纺布、陶瓷纤维纸等的电子不导电的微孔无机非金属材料中的一种，或者，多孔隔膜的材料采用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。多孔隔膜的孔隙内为电子不导电的电解液。多孔隔膜的作用是阻碍正极颗粒和负极颗粒材料的通过而允许含锂离子的电解液通过。