[发明专利]一种锂液流电池放电器

说明书

技术领域

本发明属于化学储能电池技术，具体涉及一种锂液流电池放电器。

背景技术

锂离子液流电池具有输出功率和储能容量彼此独立、能量密度大，成本较低的特点，其 主要结构包括正极悬浮液池、负极悬浮液池、电池反应器、液泵或气压驱动控制系统及密封 管道。其中，正极悬浮液池盛放包含正极活性材料颗粒、导电剂颗粒和电解液的正极悬浮液， 负极悬浮液池盛放包含负极活性材料颗粒、导电剂颗粒和电解液的负极悬浮液；锂离子液流 电池工作时，电极悬浮液在液泵或气压驱动控制系统作用下通过密封管道在悬浮液池和电池 反应器之间流动。

锂离子液流电池的首次充放电过程中会形成SEI膜，消耗部分锂离子，使得电极悬浮液 的首次充放电过程产生不可逆容量，降低电池的充放电效率；同时，部分锂离子在充放电过 程中不能完全脱嵌造成锂离子的损耗，因此，需要对欠锂或少锂的电极悬浮液进行补锂。中 国专利CN103117406A公布了一种锂液流电池反应器及电极悬浮液嵌锂合成方法，通过金属 锂放电对电极悬浮液进行锂离子的补充；然而，在该反应过程中，随着金属锂在放电过程中 逐渐消耗，金属锂与隔膜的间距逐步增加，在金属锂与隔膜之间会产生间隙，进而使得锂离 子传输路径增大，导致电池极化内阻的增加。虽然通过充电可以使锂离子在负极沉积，再次 形成金属锂，填补间隙，但是反复充放电过程中会在负极金属锂表面形成凹凸不平的锂枝晶， 严重时会刺破隔膜造成电池内部短路。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种锂液流电池放电器，欠锂或者少锂的电极悬浮液可以 通过该放电器进行补锂，使得电极悬浮液达到富锂状态，从而提高电极悬浮液在实际使用过 程的充放电效率。重要的是，本发明锂液流电池放电器设置有弹性支撑体，该弹性支撑体对 金属锂起支撑作用，随着放电过程的进行和金属锂的消耗，弹性支撑体由初始压缩状态逐步 回弹，对金属锂持续施加压力，使金属锂向隔离层方向靠近，避免在隔离层与金属锂之间产 生间隙，增加极化内阻。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种锂液流电池放电器，包括阴极集流层、隔离层、阴极悬浮液、阳极锂片、阳极集流 体和弹性支撑体，其特征在于：所述阴极集流层与隔离层紧密接触，按照阴极集流层与阴极 集流层相对、隔离层与隔离层相对的方式放置，相邻两个阴极集流层之间的间隙构成阴极反 应腔，阴极悬浮液在阴极反应腔内连续或间歇流动，相邻两个隔离层之间的间隙构成阳极反 应腔，在阳极反应腔内，以阳极锂片-阳极集流体-弹性支撑体-阳极集流体-阳极锂片的顺序依 次放置，阳极锂片与隔离层直接接触。

所述弹性支撑体与阳极锂片直接接触，对阳极锂片起支撑和施压作用，在电池放电之前， 弹性支撑体处于压缩状态，放电过程中，阳极锂片随着反应的进行，厚度逐渐消耗和减薄， 弹性支撑体也由压缩状态逐渐回弹，通过对阳极锂片施加压力，使阳极锂片与隔离层保持直 接接触状态。所述弹性支撑体的弹性距离变化范围为1mm-100mm，所述弹性支撑体为能够 耐电解液腐蚀的热塑性弹性体，包括乙烯/丙烯共聚物热塑性弹性体、含氟热塑性弹性体、聚 酯类热塑性弹性体或聚酰胺热塑性弹性体中的一种或几种；进一步，所述弹性支撑体还可以 为在相邻两个阳极集流体之间固定若干弹簧形成的复合结构，通过弹簧的压缩和回弹实现弹 性支撑体的功能。

在阳极反应腔内，以阳极锂片-阳极集流体-弹性支撑体-阳极集流体-阳极锂片的顺序依次 放置，所述阳极集流体为电子导电的金属导电层，包括铜、不锈钢、镍、钛、银、锡、镀锡 铜、镀镍铜、镀银铜中的一种或几种，优选为镀镍铜。

根据本发明，在阳极反应腔内，还可以以阳极集流体-阳极锂片-弹性支撑体-阳极锂片- 阳极集流体的顺序依次放置，其技术效果与以阳极锂片-阳极集流体-弹性支撑体-阳极集流体- 阳极锂片的顺序依次放置一致。但这种情况下，为了保证锂离子能够穿过集流体和隔离层到 达阴极反应腔，所述阳极集流体为电子导电的具有通孔的金属网，包括铜网、不锈钢网、镍 网、钛网、银网、锡网、镀锡铜网、镀镍铜网、镀银铜网，优选为铜网。

所述阴极集流层与隔离层之间可以采用真空蒸镀、电镀、化学镀、流延、旋涂、喷涂、 热压、丝网印刷、喷墨打印、粘接、机械压合等方法进行复合，使阴极集流层和隔离层能够 形成紧密贴合的复合结构层。