[发明专利]一种新型锂离子液流电池

说明书

技术领域

本发明属于电池设计领域，涉及一种液流电池，尤其涉及一种锂离子液流电池。

背景技术

液流电池(flowredoxbattery或redoxflowbattery)是一种新型的大型电化学储能电池，它不同于通常使用固体材料电极或气体电极的电池，其活性物质是流动的电解质溶液，正负极电解液分开各自循环，其最显著特点是规模化蓄电且功率与容量可独立设计。目前常见液流电池体系为全钒液流电池，其能量密度较低(25Wh/kg)。而锂离子电池是一种高能量密度电池体系，其能量密度可达250Wh/kg。然而锂离子电池用于大规模储能目前存在的最大问题是安全性及成本太高。对于MW级储能电站来说，需要成千上万块单体电池串并联构成，这无疑增加了系统成本，对于系统安全及系统维护也是极大的挑战。

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他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。将锂离子电池的高能量密度特点与液流电池的输出功率和储能容量可独立设计的优势相结合，设计开发一种新型锂离子储能电池，与现有锂离子电池相比，可节约大量的原材料，且不必使用昂贵的电池制造设备，其原料成本和制造成本将大幅度降低；锂离子液流电池综合了锂离子电池和液流电池的优点，是一种输出功率和储能容量彼此独立、能量密度大、成本较低的新型储能电池体系。

中国专利(公开号：CN201280041021.7)公开了发明专利《氧化还原液流电池组系统》，提出了一种电解液带有p-型氧化还原介体与n-型氧化还原介体的氧化还原电池组系统。但其实际操作难度很大且不易规模应用。美国专利(US2010/0047671A1)公开了发明专利《高能量密度氧化还原装置》，提出了一种半固态锂离子液流电池，由于其电解液为悬浮状的半固态，电解液粘度非常大，且半固态成分不稳定，电解液电导率较低，不利于电化学反应。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种电解液具有低粘度、高导电率且制备工艺简单易操作，易规模化生产的新型锂离子液流电池系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种新型锂离子液流电池。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一种新型锂离子液流电池，包括相连的功率单元和能量存储单元，所述功率单元包括两端板、两端板之间的阳极室和阴极室、阳极室和阴极室之间的隔膜，所述两端板、阳极室、阴极室和隔膜之间通过机械密封连接，所述能量存储单元包括阴极电解液储存器与阳极电解液储存器，所述阴极电解液储存器与阳极电解液储存器中分别包括含有电活化锂离子的阴极电解液和阳极电解液，所述阴极电解液和阳极电解液中分别包括至少含有一种含锂电解质材料的阴极电解质和阳极电解质，所述阴极电解液或阳极电解液中含有氧化还原电对。

优选的，所述两端板、阳极室、阴极室和隔膜之间通过密封条或卡扣机械密封连接。

优选的，所述端板由金属(优选为铜、铝、合金等)、环氧树脂、聚乙烯(PE)、聚丙稀(PP)制成。

优选的，所述隔膜为聚乙烯(PE)、聚丙稀(PP)组成的单层或者多层的微多孔薄膜，所述隔膜允许电活化锂离子在其间穿梭。

优选的，所述密封条由有机硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙胶等制成。

优选的，所述阴极电解质的材质为金属电极或非金属电极。

优选的，所述阴极电解质的材料为含锂的金属氧化物，包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、三元或其组合。

优选的，所述阳极电解质材料为非金属类的碳材料、硅基非金属材料或含锂金属氧化物，包括钛酸锂材料或其组合。

优选的，所述氧化还原电对为茂金属衍生物、过渡金属络合物或其组合，且所述阴极或阳极电解质的电位值介于氧化还原电对的电位值之间。

优选的，所述阴极电解液和阳极电解液中还包括表面活性剂。

优选的，所述阴极电解液和阳极电解液体系中还包括水系硫酸锂、水系硝酸锂或其组合或有机体系的六氟磷酸锂。

相对于现有技术，本发明的技术方案提高了电池的密封性及循环寿命且方便电池维护；制备原料易得，工艺简单，解决了电解液粘度大、导电率低且操作不易实现等问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的功率单元的结构示意图。

具体实施方式