[发明专利]一种锂液流电池反应器及电极悬浮液嵌锂合成方法

权利要求书

1.一种锂液流电池反应器，包括反应罐、正极集流芯、负极集流芯、锂负极、镂空套管和多孔隔膜；其中：所述负极集流芯为实心棒状或空心管状，在负极集流芯的两端设有负极集流导线；所述锂负极为箔状或带状，卷绕在负极集流芯的外表面；所述镂空套管包括镂空的内套管和外套管，所述锂负极和负极集流芯置于镂空套管的内套管内；所述多孔隔膜固定于镂空套管的内套管和外套管之间；所述正极集流芯缠绕在镂空套管的外套管表面，在正极集流芯两端设有正极集流导线；所述反应罐为带有上下两个端面的容器，其上端面开有正极进液口，下端面开有正极出液口，在反应罐的四周侧壁上开有孔洞，用来将负极集流芯、锂负极、镂空套管、多孔隔膜和正极集流芯构成的组装结构固定在反应罐中。

2.如权利要求1所述的锂液流电池反应器，其特征在于，所述负极集流芯直径为2-50mm，材料为不锈钢、铜合金、导电石墨或表面镀锂的金属材料。

3.如权利要求1所述的锂液流电池反应器，其特征在于，卷绕在负极集流芯外表面的锂负极为一层或多层结构，每层的厚度为0.05-0.5mm。

4.如权利要求1所述的锂液流电池反应器，其特征在于，所述镂空套管的内套管和外套管上的孔隙相同或不同；所述镂空套管的材料为电子不导电的非金属材料。

5.如权利要求1所述的锂液流电池反应器，其特征在于，所述多孔隔膜的材料为电子不导电的聚合物材料，或者为电子不导电的微孔无机非金属材料，或者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，或者为锂快离子导体粉体和/或陶瓷颗粒与胶粘剂混合制作而成的复合材料。

6.如权利要求1所述的锂液流电池反应器，其特征在于，所述正极集流芯与多孔隔膜的距离小于5mm；所述正极集流芯的材料为不锈钢、铝合金或导电石墨。

7.如权利要求1所述的锂液流电池反应器，其特征在于，在反应罐侧壁的相对位置开有成对的孔洞，孔洞直径与负极集流芯直径的尺寸相配合；所述负极集流芯的长度大于镂空套管的长度，且大于反应罐每对孔洞的连线长度；由负极集流芯、锂负极、镂空套管、多孔隔膜和正极集流芯构成的组装结构通过负极集流芯的两端插入孔洞，与反应罐之间采用带有密封垫圈的固定件固定。

8.如权利要求7所述的锂液流电池反应器，其特征在于，所述锂液流电池反应器包括一个反应罐和多个由负极集流芯、锂负极、镂空套管、多孔隔膜和正极集流芯构成的组装结构；所述反应罐在其侧壁的同一个水平位置上开设一对或多对孔洞，组成一组孔洞，在竖直方向上开设多组孔洞，同一组内的各对孔洞之间的连线相互平行，不同组的各对孔洞之间的连线平行或相交；每对孔洞用于固定一个所述的组装结构。

9.如权利要求1所述的锂液流电池反应器，其特征在于，所述锂液流电池反应器还包括一个气体保护罩，所述气体保护罩为密闭箱体，整个反应罐置于气体保护罩内；所述气体保护罩开有进液孔、出液孔、进气口、出气口、正极极柱孔和负极极柱孔，其中：进液孔与反应罐的正极进液口相连，出液孔与反应罐的正极出液口相连；所有正极集流导线在气体保护罩内拢合到一起由正极极柱孔引出构成正极极柱，所有负极集流导线在气体保护罩内拢合到一起由负极极柱孔引出构成负极极柱。

10.一种电极悬浮液嵌锂合成方法，采用权利要求1～9任一所述的锂液流电池反应器对电极悬浮液进行电化学合成嵌锂，包括以下步骤：

a)将电极活性材料和电解液配制成电极悬浮液；

b)让电极悬浮液由反应罐的正极进液口进入反应罐内，在反应罐内锂负极脱嵌的锂离子通过镂空套管的孔隙、多孔隔膜，最终嵌入到反应罐内电极悬浮液的活性材料颗粒中；

c)通过调节电极悬浮液的流速和电池反应器电压的大小，来控制反应罐内电极悬浮液的电化学合成过程和嵌锂程度；

d)反应后的电极悬浮液由反应罐的正极出液口流出，根据需要进行循环反复反应，直到流出电极悬浮液达到要求为止。