[发明专利]高能量锂电池及包括该锂电池的大型储能系统

说明书

本发明涉及一种高能量锂电池以及包括多个该高能量锂电池的可调节温度和制止热失控的大型储能系统。本发明的高能量锂电池用于发电电量的储存，包括电芯和容纳电芯的壳体，所述电芯的能量在2KWh以上，在所述壳体上设置有泄爆部件。本发明的大型储能系统，是将多个该高能量锂电池浸泡在充满导热吸收液的电池罐内，每个电池罐的进液口与另一个电池罐的出液口相连，数个电池罐、补液箱、液体泵、冷热塔通过液体管道相连组成大型储能系统。正常工作状态时，可通过导热吸收液调节高能量锂电池的工作温度。当发生热失控时，高能量锂电池的泄爆部件发生破裂，让壳体内的电池组件与外界环境尽可能多的接触，让高能量锂电池的电解液等易燃物质迅速溶解到导热吸收液中，可迅速终止电芯内部的热失控反应，避免让整个电池系统发生热失控的风险。

技术领域

本发明涉及一种具有防止热失控功能的高能量锂电池以及包括多个该高能量锂电池的大型储能系统。

背景技术

发电企业电力系统的特点是，每天的每时每刻，发电量是稳定和持续的，而用电量是变化的，用电每天有多次的波峰波谷。发电企业通常以波峰值为其发电值，从而保证供电的不间断，但这也造成在波谷时供过于求，因发电成本低于储电成本，因而造成大量的弃电现象，在各种储能方案中，锂离子电池储能体系的储电成本是最有可能低于平均发电成本的，然而锂离子电池储能体系要达到大规模使用的目标，需要克服下面两个问题。

一是由热失控引发的失火问题，锂离子电池在过充、短路、过热时或制造缺陷时，都会造成正负极内部短路，造成电芯内部瞬间产生大量气体和热量，电池内部在高温下隔膜、电解质等成分发生反应所造成的电池热失控燃烧，热失控时电芯阴极材料会产生大量的可燃气体，引发电池箱撕裂或爆炸，大量氧气参与燃烧会导致热失控扩散加剧，从而造成形成大面积火灾而难以抑制，危害性极大。

对于该问题，目前常用的防止热失控的方法为在电池箱内，电池模组外，设置气体灭火剂或水雾灭火剂蓬头，通过喷射灭火剂来达到灭火和降温效果，相对而言水雾灭火剂的灭火效果要好于气体灭火剂。

关于在灭火方面的专利也很多，如CN 111384341 A、CN 207353319 U、CN211428305 U专利，是通过在箱内的喷头向电池模组直接喷射灭火剂来达到降温和灭火效果，又如专利CN 111640891 A，是电池模组浸泡在静止的绝缘液体灭火剂中，在正常工作时，该绝缘液体灭火剂没有温度调节作用，但在电池热失控时，该绝缘液体灭火剂可起到灭火作用。目前常规的锂电池芯都带有泄爆阀，且泄爆阀的口径很小，在发生热失控时，会有大量气体从泄爆阀排出，灭火剂无法达到电芯内部，而电芯内部的高温反应会持续增加，依旧有造成相邻电芯发生热失控的风险，且上述专利的结构都很复杂，成本很高。

二是工作温度问题，商用二次锂电池电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锂混合而成。其中，由于六氟磷酸锂60℃以上会发生分解，碳酸二甲酯等碳酸酯类溶剂为低闪点、易挥发的有机溶剂，在高于55度时，可能引发热积累而导致热失控，而温度过低，又会明显影响锂离子电池的效率和寿命，因此，控制锂电池的工作环境至关重要。

对于该问题，目前常用的温控方法为温度过低时采取电加热，温度过高时通过风冷和水冷散热，相对而言水冷的散热效果要远好于风冷。

关于在水冷方面的专利很多，如CN 203895574、UCN 106058383 A、CN 207052730U、CN 108023140 A、CN110379974 A专利，都是通过水冷方式进行降温，其核心是将单个电芯或电池模组置于密封的电池仓内，冷却水围绕着电池仓进行降温，冷却水与电芯不直接接触，这使的热交换效率较低，且上述专利的结构都很复杂，成本很高。

当锂电池应用于大规模电力储能时，尤其在使用高能量电池时，因电池数量巨大，其对温度控制和安全性提出更高要求。

目前的技术和专利仅适合小能量电芯，目前锂电池电芯的能量最大为0.6KWh，常见为0.2KWh左右。现有的大规模储能系统急需改进，缺少可有效用于发电电量储存的高能量电池。