[实用新型]一种锂离子液流电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可用于大规模储能的锂离子液流电池，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

电能的广泛应用被认为是20世纪人类最大的成就之一。电力工业成为国家最重要的基础产业之一。现代电力系统正在向大电网、大机组的方向发展，保持电网的稳定性对于电力系统变得越来越重要。为实现稳定供电，开发高效的规模储能技术意义重大。

全钒液流电池通过正、负极溶液中的活性钒离子的价态变化，可以实现电能的存储与释放。全钒液流电池的正负极活性物质溶液分装在两个储存罐中，在液泵推动下，溶液通过密封管道流经电堆，在质子交换膜两侧的电极上分别发生还原与氧化反应。因此，全钒液流电池的输出功率和储能容量可独立设计，这是液流电池显著区别于其它化学电池的独特之处，同时也是液流电池有可能应用于大规模储能的最大技术优势。但全钒液流电池存在着严重缺陷：全钒液流电池的电解液在制造过程中会产生废气、粉尘和废水，尤其是含钒的硫酸废液处理不当可能会污染河水或者地下水，形成环境污染。另外，钒电池其它报废材料，尤其是塑料/石墨复合导电板，很难通过循环再生的方式进入再生产环节。

传统锂离子电池是一种依靠锂离子在正、负极之间移动来工作的可充电电池，电池的电解液是不流动的，密封于单体电池内部。它虽然具有高电压、比能量大、循环寿命长、无记忆、污染小、工作温度范围高等特点，但是大容量锂离子电池的成本和使用安全性一直是一个突出问题，阻碍了其其作为电网储能系统的规模应用。

实用新型内容

本实用新型目的在于综合液流电池和锂离子电池的优点，设计一种安全环保、功率密度大、能量效率高、成本低的锂离子液流电池。

本实用新型的目的是通过下述方式实现的：

本实用新型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和电解液的混合物，负极悬浮液池盛放负极复合材料颗粒和电解液的混合物。混合物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。电池反应器可以是“外正内负”的结构：包括筒形结构的正极集流体，置于筒形结构外层的是塑料绝缘壳，置于筒形结构内部有棒状的负极集流体，置于正极集流体和负极集流体之间的一层或多层微孔隔板。其中，正极集流体材料可选用不锈钢、铝合金或导电石墨，负极集流体材料可选用不锈钢、铜合金、导电石墨或其它表面镀锂合金的金属材料，电池反应器也可以是“外负内正”的结构：包括筒形结构的负极集流体，置于筒形结构外层的是塑料绝缘壳，置于筒形结构内部有棒状的正极集流体，置于负极集流体和正极集流体之间的一层或多层微孔隔板，隔板孔隙内为电子不导电的电解液，上述微孔隔板将正极集流体和负极集流体绝缘隔开，并分别形成正极腔室和负极腔室。正极腔室进出口通过密封管道与正极悬浮液池连通，负极腔室进出口通过密封管道与负极悬浮液池连通。

锂离子液流电池的正极复合材料颗粒为正极活性材料与导电胶粘剂的复合颗粒。其中正极活性材料为含锂的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)、掺杂锂锰氧化物(Li_0.9～1.2M_0～0.2Mn₂O₄，M是Na、Mg、Ca、Ni、Co中的一种或几种元素)、锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍钴氧化物(LiNi_0.8Co_0.2O₂)、锂镍锰钴氧化物(LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂或LiNi_2/5Mn_2/5Co_1/5O₂)以及其它含锂金属氧化物的一种或几种混合物；导电胶粘剂为混合有金属或碳材料导电剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、丙烯酸脂胶(LA132)、丁苯橡胶(SBR)以及其它导电聚合物材料的一种或几种混合物。

锂离子液流电池的负极复合材料颗粒为负极活性材料与导电胶粘剂的复合颗粒。其中，负极活性材料为能够可逆嵌锂的铝基合金、硅基合金、锡基合金、锂钛氧化物(Li₄Ti₅O₁₂)、碳材料的一种或几种混合物；导电胶粘剂为混合有金属或碳材料导电剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、丙烯酸脂胶(LA132)、丁苯橡胶(SBR)以及其它导电聚合物材料的一种或几种混合物。