一種液流形式的鋰硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種液流形式的鋰硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電池被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，從電動(dòng)汽車、手持設(shè)備到微芯片。隨著社會(huì)與科技的進(jìn)步，人們的生活方式對(duì)電池性能提出了更高要求，世界各國(guó)研宄者也一直致力于研發(fā)更好的化學(xué)電源。鋰二次電池是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的綠色電源，因其具有高可逆容量、高電壓、高循環(huán)性能和較高能量密度等優(yōu)異性能而備受青睞，被稱為21世紀(jì)的主導(dǎo)電源。
[0003]鋰硫電池是正在開(kāi)發(fā)的二次電池體系中具有最高能量密度的一種，尤其近些年，以其不可比擬的高比容量和能量密度以及材料價(jià)格低廉、存儲(chǔ)量大等優(yōu)越性受到越來(lái)越多的研發(fā)人員的重視。傳統(tǒng)的鋰硫電池，都是將活性物質(zhì)硫或其化合物固定于正極，假設(shè)正極的硫完全轉(zhuǎn)化為硫化鋰，則可釋放出的理論比容量為1672mAh/g，理論比能量密度為2600Wh/kg，比目前商用的金屬氧化物等正極材料高出了數(shù)量級(jí)的性能，是高性能鋰二次電池的代表和方向，為電動(dòng)車，混合動(dòng)力車、航空航天等高耗能器件提供持久的能量，也可以做成廉價(jià)高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是，鋰硫電池也存在一些問(wèn)題阻礙了其發(fā)展，如:硫的導(dǎo)電率較低，在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的多硫化鋰中間產(chǎn)物易溶于有機(jī)電解質(zhì)從而使得正極活性材料的流失，沉淀在負(fù)極表面的多硫化物可加劇負(fù)極的腐蝕從而使負(fù)極內(nèi)部阻抗增加，最終導(dǎo)致電池容量的不可逆衰減。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種安全、高效、快捷，且電池放電容量高、循環(huán)性能穩(wěn)定的液流形式的鋰硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括外部安全殼、設(shè)置在所述外部安全殼上端的正極電極和負(fù)極電極、設(shè)置在所述外部安全殼內(nèi)部的正負(fù)極隔板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及負(fù)極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括正極儲(chǔ)液罐、通過(guò)正極循環(huán)管道與所述正極儲(chǔ)液罐連通的正極板式換熱器，所述正極儲(chǔ)液罐內(nèi)設(shè)置有將正極活性物質(zhì)彌散于電解液中的正極液流，所述負(fù)極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括負(fù)極儲(chǔ)液罐、通過(guò)負(fù)極循環(huán)管道與所述負(fù)極儲(chǔ)液罐連通的負(fù)極板式換熱器，所述負(fù)極儲(chǔ)液罐內(nèi)設(shè)置有將負(fù)極活性物質(zhì)彌散于電解液中的負(fù)極液流，以液流形式實(shí)現(xiàn)鋰離子與硫離子的反應(yīng)充放電過(guò)程。
[0006]進(jìn)一步的，所述正負(fù)極隔板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括正極隔板、負(fù)極隔板、滲透膜、隔板擠液刷、隔板槽、激活信號(hào)接線柱及內(nèi)部控制電路，所述滲透膜設(shè)置在所述正極隔板與所述負(fù)極隔板之間，所述隔板槽設(shè)置在所述正極隔板和所述負(fù)極的上方，所述激活信號(hào)接線柱設(shè)置在所述隔板槽的頂部并露出所述外部安全殼，所述內(nèi)部控制電路設(shè)置在所述隔板槽內(nèi)部并與所述激活信號(hào)接線柱電連接，通過(guò)電信號(hào)對(duì)所述正極隔板和所述負(fù)極隔板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)闔。
[0007]進(jìn)一步的，所述正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述正極儲(chǔ)液罐上且與所述正極電極電連接的正極接線柱，所述負(fù)極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述負(fù)極儲(chǔ)液罐上且與所述負(fù)極電極電連接的負(fù)極接線柱，所述滲透膜為能保證鋰離子自由透過(guò)且可抑制硫離子通過(guò)的離子選擇性滲透膜。
[0008]進(jìn)一步的，所述滲透膜是由丁苯橡膠、纖維素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈制成的滲透膜。
[0009]進(jìn)一步的，所述外部安全殼為抗腐蝕及有較強(qiáng)硬度的金屬材料制成。
[0010]進(jìn)一步的，所述負(fù)極活性物質(zhì)為鋰單質(zhì)或其化合物，其均勻彌散于電解液中。
[0011]進(jìn)一步的，所述正極活性物質(zhì)為硫單質(zhì)或其化合物，所述正極活性物質(zhì)與復(fù)合層和包覆層形成核殼結(jié)構(gòu)后再均勻彌散于電解液中。
[0012]進(jìn)一步的，所述復(fù)合層為石墨、乙炔黑、碳納米管、石墨烯或金屬氧化物中的至少一種，以顆粒狀排布在所述正極活性物質(zhì)的周圍，并形成可供鋰離子進(jìn)出的通道。
[0013]進(jìn)一步的，所述包覆層為導(dǎo)電聚合物，如環(huán)氧乙炔、水溶性聚苯胺、聚噻吩中的至少一種以增加正極的導(dǎo)電性。
[0014]進(jìn)一步的，所述電解液包括有機(jī)溶劑和鋰鹽。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用傳統(tǒng)鋰硫電池與液流電池相結(jié)合的思路，構(gòu)造一個(gè)全液流形式的電池系統(tǒng)，通過(guò)將正負(fù)極活性物質(zhì)均勻彌散在電解液中，并設(shè)置中間離子選擇性滲透膜，有效抑制正極硫的不溶化合物支晶，沉淀，穿梭效益等問(wèn)題。同時(shí)，設(shè)置正負(fù)極非能動(dòng)電池液自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及隔板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為電池系統(tǒng)提供一個(gè)溫度恒定、電池液均勻以及安全可靠的環(huán)境。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)及效果:
1.外部安全殼封閉，為內(nèi)部電池核心部分提供保護(hù)屏障，提高整個(gè)電池系統(tǒng)的安全性，保證了鋰硫電池的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。
[0016]2.正負(fù)極隔板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，隔板將正負(fù)極電池液及滲透膜有效分隔開(kāi)來(lái)，并能在外部電信號(hào)的作用下，進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)闔。通過(guò)外部電信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)隔板開(kāi)闔大小，以控制正負(fù)極電池液反應(yīng)接觸面積從而調(diào)節(jié)正負(fù)極電池液的反應(yīng)性，進(jìn)而調(diào)節(jié)電池電量。
[0017]3.由于隔板能夠活動(dòng)自如，當(dāng)正負(fù)極隔板完全關(guān)閉時(shí)，可有效將中間滲透膜隔開(kāi)，便于更換中間滲透膜；當(dāng)正負(fù)極隔板完全打開(kāi)時(shí)，便于更換正負(fù)極隔板。
[0018]4.此外，在交通事故或其他外部影響造成隔板驅(qū)動(dòng)電路損壞，失去電源，隔板將依靠重力自然落下，從而迅速切斷正負(fù)極反應(yīng)，緩解后續(xù)影響，提高電池的安全性。
[0019]5.離子選擇性滲透膜，保證了負(fù)極鋰離子的自由通過(guò)，及有效阻止了硫離子的通過(guò)，抑制了飛梭效應(yīng)，提高了鋰硫電池的電化學(xué)性能；
6.正負(fù)極非能動(dòng)電池液自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)，由于板式換熱器的存在，使儲(chǔ)液罐和循環(huán)管路端的電池液存在密度梯度，電池液由密度高的地方向密度低的地方自然流動(dòng)，產(chǎn)生自然循環(huán)效果。一方面有利于電池液中活性物質(zhì)的均勻分布，增加正負(fù)極活性物質(zhì)的反應(yīng)效率，降低硫化鋰及鋰的支晶等不溶物質(zhì)的形成；另一方面有利于電池散熱，循環(huán)管道增大了內(nèi)部流體與外部空氣的接觸面積，使電池核心部分能夠保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度范圍。
[0020]7.負(fù)極電池液為單質(zhì)鋰或其化合物彌散于電解液中形成，較之傳統(tǒng)鋰硫電池鋰金屬固態(tài)電極，提高了鋰的接觸面積，有利于鋰離子在電解液中迀移。
[0021]8.正極活性物質(zhì)為硫或其化合物復(fù)合石墨、乙炔黑、碳納米管、石墨烯或鈦、鋁、鎂等金屬氧化物中一種或幾種，形成納米級(jí)活性物質(zhì)包殼層，該包殼層做為硫單質(zhì)載體，之后于包殼層外部包覆一層導(dǎo)電包覆層，形成核殼結(jié)構(gòu)，包殼層和包覆層的作用一是通過(guò)抑制高價(jià)態(tài)聚硫離子的溶解及迀出，使其僅在層內(nèi)反應(yīng)，二是包殼層和包覆層為負(fù)極鋰離子提供了可供進(jìn)出的通道，保證了鋰硫的反應(yīng)效率。三是增加了導(dǎo)電性，從而在整體上提高了電池的放電性能和循環(huán)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是正極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括外部安全殼1、設(shè)置在所述外部安全殼I上端的正極電極2和負(fù)極電極3、設(shè)置在所述外部安全殼I內(nèi)部且由正負(fù)極隔板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)區(qū)分開(kāi)的正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)和負(fù)極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述外部安全殼I為全封閉結(jié)構(gòu)，呈長(zhǎng)方形，其上部設(shè)所述正極電極2、所述負(fù)極電極3及激活信號(hào)