一種鋰離子液流電池系統的製作方法

2023-05-04 20:58:41

一種鋰離子液流電池系統的製作方法
【專利摘要】一種鋰離子液流電池系統，該鋰離子液流電池系統包括1個電池模塊組，電池模塊組包括1個電池模塊或1個以上串聯的電池模塊，每個電池模塊包括1個電池子模塊或1個以上並聯的電池子模塊，每個電池子模塊包括至少2個並聯的電池單元。組成電池模塊組的每個電池模塊的供液體系相互獨立，分別使用一套正、負極儲液裝置，輸液管路相互獨立。每個電池子模塊為單獨進、出液的獨立整體。電池模塊組內的所有電池模塊共用一套動力循環裝置，正、負電極懸浮液通過動力循環裝置驅動，在儲液裝置、輸液管路和電池模塊組成的密閉空間內做周期性的往複流動。
【專利說明】一種鋰離子液流電池系統 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明涉及鋰離子液流電池領域，具體涉及一種鋰離子液流電池系統。 【背景技術】
[0002] 鋰離子液流電池是一種新型化學儲能電池，它綜合了鋰離子電池和液流電池的優 點。鋰離子液流電池的輸出功率取決於電池的電極反應面積和電池單元的節數，儲能容量 則取決於電極懸浮液的體積和濃度，二者可單獨設計，是一種輸出功率和儲能容量彼此獨 立、能量密度大、充放電切換靈活、響應速度快、成本較低的新型綠色可充電池。這種新型鋰 離子液流電池的正、負極材料顆粒和電解液的混合物--電極懸浮液，分別裝在兩個儲液 裝置中，在動力循環系統的推動下，電極懸浮液通過密封管道流經電化學反應器，在微孔隔 膜的兩側發生氧化還原反應。
[0003] 鋰離子液流電池作為新型的蓄電儲能裝置，能夠擴容到更大的儲存容量，並且與 需要整修電極的常規電池相比，具有實現更長壽命和更低成本的巨大潛力。它不僅可以作 為太陽能、風能發電系統的配套儲能設備，還可以作為電網的調峰裝置，提高輸電質量，保 障電網安全。利用化學電源進行蓄電儲能，可以不受地理條件限制，有望實現大規模儲能， 具有重大社會經濟價值。
[0004] 雖然鋰離子液流電池在大規模儲能應用中擁有諸多的優勢，由於鋰離子液流電池 的電極懸浮液具有電子導電性，因此目前尚無完整的電池串並聯繫統，如何設計大容量高 電壓的鋰離子液流電池是目前急需解決的問題。中國專利CN101047254A公開的大功率氧 化還原液流儲能電堆模塊化結構及其群組模式，提供一種從模塊化角度出發，採用電液流 動與電液漏電綜合損耗最小化技術以及電液均勻分配技術，但是，根據此技術，鋰離子液流 電池供液體系為一個整體，電池模塊相互影響較大，對電極懸浮液具有電子導電性的鋰離 子液流電池會產生較大的短路電流。同時，由於電極懸浮液的粘度很大，使用液泵對電極懸 浮液進行循環時會產生較大的機械損耗，嚴重降低電池的能量效率。液泵還容易導致電極 懸浮液的洩露或與大氣中的水氧氣體接觸，造成安全隱患。中國專利CN102664280A公開的 一種無泵鋰離子液流電池及其電極懸浮液的配置方法，電池系統利用重力和氣體壓力對電 極懸浮液進行循環，避免使用液泵，減少了電池循環系統的機械損耗和安全隱患，但是，正、 負極電極懸浮液分別使用一個儲液罐，即經過充放電的電極懸浮液和沒有經過充放電的電 極懸浮液在一個儲液裝置中混合，因電極懸浮液具有電子導電性會產生電勢差，導致漏電 發生，降低電池庫倫效率。
【發明內容】

[0005] 為了彌補現有鋰離子液流電池儲能系統技術應用的不足，本發明提供一種鋰離子 液流電池系統。本發明採用合理的電路連接方案、相對獨立的供液體系以及相應的操作運 行策略，有效地解決了電池漏電短路問題，提高了鋰離子液流電池的性能，延長了電池使用 壽命。
[0006] 本發明採用以下技術方案：
[0007] -種鋰離子液流電池系統，所述的鋰離子液流電池系統採用模塊化結構，為電池 模塊組。電池單元組成電池子模塊，電池子模塊組成電池模塊，電池模塊組成所述的電池模 塊組。所述的電池模塊組包括1個電池模塊或1個以上串聯的電池模塊，每個電池模塊包 括1個電池子模塊或1個以上並聯的電池子模塊，每個電池子模塊包括至少2個並聯的電 池單元；電池單元是電池的最小單元，不可分割。電池子模塊內電池單元並聯的數量一方面 取決於電池單元的額定容量和額定功率，另一方面取決於電極懸浮液流經電池子模塊的可 控性和可操作性，以及電池電連接的安全可靠性。為了降低電池子模塊均流控制問題的復 雜程度，在滿足大容量、大功率電池單元安全性和可靠性的前提下，應儘量減少電池單元的 並聯數量。電池模塊內電池子模塊並聯的數量取決於電池系統的工作電流、額定容量和維 護管理的便捷性。電池模塊組內電池模塊串聯的數量取決於變流器的功率和工作電壓。
[0008] 本發明的特徵在於：所述的每個電池模塊分別獨立使用一套正、負極儲液裝置，多 個電池模塊電路上串聯連接，每個電池模塊之間的輸液管路相互獨立，進入每個電池模塊 的正、負電極懸浮液互不接觸。多個電池子模塊電路上並聯連接，每個電池子模塊為可以單 獨進、出液的獨立整體，每個電池子模塊之間的輸液管路並聯連接。正、負電極懸浮液經過 電池模塊的輸液管路和電池子模塊的輸液管路進入各電池子模塊，且不同電池子模塊之間 的輸液模式採用等距對分或等距多分形式。電池模塊組內的所有電池模塊共用一套動力循 環裝置，正、負電極懸浮液通過動力循環裝置驅動，在儲液裝置、輸液管路和電池模塊組成 的密閉空間內做周期性的往複流動。
[0009] 每個電池模塊使用一套儲液裝置，所述儲液裝置包括第一正極儲液裝置、第二正 極儲液裝置、第一負極儲液裝置和第二負極儲液裝置。第一正極儲液裝置通過第一正極輸 液管路與電池模塊的第一正極輸液埠連接，第二正極儲液裝置通過第二正極輸液管路與 電池模塊的第二正極輸液埠連接，正極懸浮液在第一正極儲液裝置、第一正極輸液管路、 電池模塊、第二正極輸液管路和第二正極儲液裝置內做周期性的往複流動；第一負極儲液 裝置通過第一負極輸液管路與電池模塊的第一負極輸液埠連接，第二負極儲液裝置通過 第二負極輸液管路與電池模塊的第二負極輸液埠連接，負極懸浮液在第一負極儲液裝 置、第一負極輸液管路、電池模塊、第二負極輸液管路和第二負極儲液裝置內做周期性往復 流動。
[〇〇1〇] 進一步，所述的儲液裝置與電池模塊之間的輸液管路上設有一級閥控裝置，一級 閥控裝置為具有截止功能的流量調節裝置，且閥體內部絕緣。所述的一級閥控裝置包括第 一正極一級閥控裝置、第二正極一級閥控裝置、第一負極一級閥控裝置和第二負極一級閥 控裝置，其中，第一正極一級閥控裝置設置在連接第一正極儲液裝置的第一正極輸液管路 上，第二正極一級閥控裝置設置在連接第二正極儲液裝置的第二正極輸液管路上，第一負 極一級閥控裝置設置在連接第一負極儲液裝置的第一負極輸液管路上，第二負極一級閥控 裝置設置在連接第二負極儲液裝置的第二負極輸液管路上。一級閥控裝置控制電極懸浮液 從儲液裝置流入或流出，同時控制電極懸浮液流入或流出儲液裝置的流量。一級閥控裝置 的作用是防止因電池模塊發生故障而導致電池系統的進一步惡化，同時能夠通過調節電極 懸浮液流量保證各電池模塊之間性能的一致性。
[0011] 所述電池模塊包括至少1個電池子模塊，每個電池子模塊為可以單獨進、出液的 獨立整體。正極懸浮液通過電池模塊的第一正極輸液管路或第二正極輸液管路流入各電池 子模塊的第一輸液管路或第二輸液管路，再流入電池子模塊中的各電池單元，再由電池單 元的另一側通過電池子模塊的第二輸液管路或第一輸液管路進入到電池模塊另一側的第 二正極輸液管路或第一正極輸液管路。負極懸浮液的輸液管路與正極懸浮液輸液管路結構 相同。
[0012] 所述電池子模塊之間的電極懸浮液輸液管路並聯連接，且輸液模式採用等距對分 或者等距多分的模式，儘量保證電池子模塊之間進、出的電極懸浮液流量一致，有利於保持 電池子模塊之間性能的一致性。
[0013] 每個所述的電池子模塊的輸液管路上設置有一套二級閥控裝置，二級閥控裝置為 具有截止功能的流量調節裝置，且閥體內部絕緣。所述二級閥控裝置包括第一正極二級閥 控裝置、第二正極二級閥控裝置、第一負極二級閥控裝置和第二負極二級閥控裝置。第一正 極二級閥控裝置設置在電池子模塊一側的第一輸液管路上，第二正極二級閥控裝置設置在 電池子模塊另一側的第二輸液管路上，；第一負極二級閥控裝置設置在電池子模塊另一側 的第三輸液管路上，第二負極二級閥控裝置設置在電池子模塊另一側的第四輸液管路上。
[0014] 所述的第一正極二級閥控裝置和第二正極二級閥控裝置控制正極懸浮液能否流 入、流出電池子模塊內的各電池單元，同時控制正極懸浮液流經各電池單元的流量；所述的 第一負極二級閥控裝置和第二負極二級閥控裝置控制負極懸浮液能否流經電池子模塊內 的各電池單元，同時控制電極懸浮液流各電池單元的流量。
[0015] 所述的電池單元組成電池子模塊，電池子模塊組成電池模塊，電池模塊組成電池 模塊組，電池模塊組構成鋰離子液流電池系統本體。電池模塊組由至少1個電池模塊組成， 或由多個電池模塊串聯組成。電池模塊組內的各個電池模塊共用一套動力循環裝置，該動 力循環裝置驅動電池模塊儲液裝置內的電極懸浮液周期性的往複流動。所述動力循環裝 置由動力源和若干個動力輸出結構組成，所述的動力源為氣壓力、液壓力、機械力或者電動 力，所述的動力輸出結構依次排列，將動力循環裝置動力源的輸出力均勻分配到各連接的 儲液裝置上。所述的動力輸出結構包括密封腔、動力輸出杆，以及設置於動力輸出杆一側的 活塞。所述的活塞設置在儲液裝置內，與電極懸浮液接觸，動力輸出杆的一端與活塞連接， 另一端與動力循環裝置動力源連接，並置於密封腔內，動力輸出杆帶動活塞對外做功或者 回退，使得電極懸浮液在密閉的空間內做周期性的往複流動。
[0016] 所述動力循環裝置包括第一動力循環裝置和第二動力循環裝置，第一動力循環裝 置分別與第一正極儲液裝置和第一負極儲液裝置連接，驅動第一正極儲液裝置的正極懸浮 液和第一負極儲液裝置的負極懸浮液的流入、流出；第二動力循環裝置分別與第二正極儲 液裝置和第二負極儲液裝置連接，驅動第二正極儲液裝置的正極懸浮液和第二負極儲液裝 置的負極懸浮液的流入、流出。
[0017] 所述的第一動力循環裝置和第二動力循環裝置採用同步推、拉式的控制方式，共 同驅動電極懸浮液在儲液裝置、輸液管路和電池模塊組成的密閉空間內做周期性往複流 動。
[0018] 所述動力循環裝置同步推、拉式的控制方式為：當鋰離子液流電池系統開始工作， 動力循環裝置啟動，第一動力循環裝置推動第一正極儲液裝置的正極懸浮液和第一負極儲 液裝置的負極懸浮液向電池模塊內流入，同時，第二動力循環裝置拉動第二正極儲液裝置 的正極懸浮液和第二負極儲液裝置的負極懸浮液從電池模塊內流出；以及，第一動力循環 裝置拉動第一正極儲液裝置的正極懸浮液和第一負極儲液裝置的負極懸浮液向電池模塊 內流出，同時，第二動力循環裝置推動第二正極儲液裝置的正極懸浮液和第二負極儲液裝 置的負極懸浮液從電池模塊內流入。這樣，第一動力循環裝置和第二動力循環裝置這種同 步推、拉式的配合使用，驅動電極懸浮液做周期性的往複流動，能夠有效降低能耗，避免在 電極懸浮液流動過程中，儲液裝置、輸液管道和電池腔體組成的密閉空間產生過大的壓力， 有效提高電池系統的密封性，避免電極懸浮液洩露。
[0019] 所述的動力循環裝置、儲液裝置和電池模塊均在同一個水平位置，保證電極懸浮 液能夠在一個水平的密閉空間內做周期性的往複流動。
[0020] 所述正極懸浮液為正極活性材料顆粒、導電劑與電解液的混合物；所述的正極活 性材料顆粒為磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、矽酸鋰、矽酸鐵鋰、鈦硫化合物、鑰硫化合物、鐵硫化 合物、摻雜鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰釩氧化物、鋰鈦氧化物、鋰鎳錳氧化物、鋰鎳鈷氧化 物、鋰鎳錳鈷氧化物及其它可嵌鋰化合物中的一種或幾種；導電劑為碳黑、碳纖維、石墨烯、 科琴黑、納米碳管、金屬顆粒以及其他電子導電材料中的一種或幾種。
[0021] 所述負極懸浮液為負極活性材料顆粒、導電劑與電解液的混合物，負極活性材料 顆粒為可逆嵌鋰的鋁基合金、矽基合金、錫基合金、鋰釩氧化物、鋰鈦氧化物、碳材料的一種 或幾種；導電劑為碳黑、碳纖維、石墨烯、科琴黑、納米碳管、金屬顆粒以及其他電子導電材 料中的一種或幾種。
[0022] 所述輸液管路的材料為聚乙烯，或聚丙烯，或聚四氟乙烯，或聚偏氟乙烯或其它電 子不導電材料；或者，所述輸液管路的材料為內襯有聚乙烯、或聚丙烯、或聚四氟乙烯、或聚 偏氟乙烯，或其它電子不導電材料的合金材料。
[0023] 本發明的技術優勢體現在：
[0024] 1)鋰離子液流電池系統內各電池模塊內各電池子模塊輸液管路並聯連接，有效避 免鋰離子液流電池因電極懸浮液電子導電而造成的電池模塊短路問題，同時降低電池模塊 之間的相互幹擾，提高電池系統安全性和電池庫倫效率、延長循環使用壽命；
[0025] 2)鋰離子液流電池系統所有電池模塊共用一套動力循環裝置，第一動力循環裝置 和第二動力循環裝置採用同步推、拉式的控制方法，有效驅動電極懸浮液周期性的往複流 動，能夠降低設備成本和電能損耗，避免在電極懸浮液流動過程中，儲液裝置、輸液管道和 電池腔體組成的密閉空間產生過大的壓力，有效提高電池系統的密封性，避免電極懸浮液 洩露；
[0026] 3)各輸液管路上配置合理的閥控裝置，能夠有效控制故障部分電極懸浮液的流 動，且不影響其它電池部分的正常運行，保證了電池系統運行的安全性和可靠性。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1由兩個電池子模塊並聯組成的電池模塊結構示意圖，圖中，101電池子模塊， 102電池模塊，103a第一正極儲液裝置，103b第二正極儲液裝置，103c第一負極儲液裝置， 103d第二負極儲液裝置，104a第一正極一級閥控裝置，104b第二正極一級閥控裝置，104c 第一負極一級閥控裝置，l〇4d第二負極一級閥控裝置，105a第一正極二級閥控裝置，105b 第二正極二級閥控裝置，l〇5c第一負極二級閥控裝置，105d第二負極二級閥控裝置，106a 第一正極輸液管路，106b第二正極輸液管路，106c第一負極輸液管路，106d第二負極輸液 管路，107a第一輸液管路，107b第二輸液管路，107c第三輸液管路，107d第四輸液管路；
[0028] 圖2由多個電池子模塊並聯組成的電池模塊結構示意圖；
[〇〇29] 圖3設置有動力循環裝置的電池模塊結構示意圖，圖中，301a第一動力循環裝置； 301b第二動力循環裝置；
[0030] 圖4由多個電池模塊串聯組成的電池模塊組結構示意圖，圖中，401電池模塊組；
[0031] 圖5本發明鋰離子液流電池系統結構示意圖。 【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0033] 本發明的鋰離子液流電池採用模塊化結構，為電池模塊組401。由電池單元組成電 池子模塊101,電池子模塊101組成電池模塊102,電池模塊102組成電池模塊組401。如 圖1、圖2以及圖3所示，本發明的電池模塊102由至少1個電池子模塊101組成，多個電池 子模塊101並聯連接，多個電池模塊102之間通過輸液管路連接，多個電池模塊102之間的 輸液管路相互獨立；多個電池子模塊101之間通過輸液管路連接，多個電池模塊101之間的 輸液管路並聯連接。電池模塊102的第一正極輸液管路106a與電池子模塊101的第一輸 液管路l〇7a連接，電池模塊102的第二正極輸液管路106b與電池子模塊101的第二輸液 管路107b連接，電池模塊102的第一負極輸液管路106c與電池子模塊101的第三輸液管 路107c連接，電池模塊102的第二負極輸液管路106d與電池子模塊101的第四輸液管路 107d連接，且電池模塊102的輸液管路與各電池子模塊的輸液管路連接模式採用等距對分 或等距多分，即1分2、1分3或者1分更多的等距結構。
[〇〇34] 每個電池模塊使用一套獨立的儲液裝置。每套所述的儲液裝置包括第一正極儲液 裝置103a、第二正極儲液裝置103b、第一負極儲液裝置103c和第二負極儲液裝置103d。第 一正極儲液裝置l〇3a和第二正極儲液裝置103b存儲正極懸浮液，第一負極儲液裝置103c 和第二負極儲液裝置l〇3d存儲負極懸浮液。儲液裝置的輸液埠設置有一級閥控裝置，一 級閥控裝置包括第一正極一級閥控裝置104a、第二正極一級閥控裝置104b、第一負極一級 閥控裝置104c和第二負極一級閥控裝置104d。第一正極一級閥控裝置104a設置在連接第 一正極儲液裝置l〇3a的第一正極輸液管路106a上，第二正極一級閥控裝置104b設置在連 接第二正極儲液裝置l〇3b的第二正極輸液管路106b上，第一負極閥一級控裝置104c設置 在連接第一負極儲液裝置l〇3c的第一負極輸液管路106c上，第二負極閥一級控裝置104d 設置在連接第二負極儲液裝置l〇3d的第二負極輸液管路106d上。每個電池子模塊101輸 液管路設置一套二級閥控裝置，所述的二級閥控裝置包括第一正極二級閥控裝置l〇5a、第 二正極二級閥控裝置l〇5b、第一負極二級閥控裝置105c和第二負極二級閥控裝置105d。第 一正極二級閥控裝置l〇5a設置在電池子模塊101 -側的第一輸液管路107a上，第二正極 二級閥控裝置105b設置在電池子模塊101另一側的第二輸液管路107b上，第一負極二級 閥控裝置設置l〇5c在電池子模塊101 -側的第三輸液管路107c上，第二負極二級閥控裝 置105d設置在電池子模塊101另一側的第四輸液管路107d上。多個電池模塊共用一套動 力循環裝置，動力循環裝置包括第一動力循環裝置301a和第二動力循環裝置301b，第一動 力循環裝置301a與第一正極儲液裝置103a和第一負極儲液裝置103c連接，分別驅動第一 正極儲液裝置103a的正極懸浮液和第一負極儲液裝置103c的負極懸浮液的流入、流出；第 二動力循環裝置301a與第二正極儲液裝置103b和第二負極儲液裝置103d連接，分別驅動 第二正極儲液裝置l〇3b的正極懸浮液和第二負極儲液裝置103d的負極懸浮液的流入、流 出。
[0035] 如圖4、圖5所示，本發明的電池模塊組401由至少1個電池模塊102串聯連接組 成。電池模塊組401內所有電池模塊102共同使用一套動力循環裝置。動力循環裝置由動 力源和若干個動力輸出結構組成。動力源為氣壓力、液壓力、機械力或者電動力，動力輸出 結構依次排列，將動力循環裝置動力源的輸出力均勻分配到各連接的儲液裝置上。動力輸 出結構包括密封腔、動力輸出杆，以及設置於動力輸出杆一側的活塞。所述的活塞設置在儲 液裝置內，與電極懸浮液接觸，動力輸出杆的一端與活塞連接，另一端與動力循環裝置的動 力源連接，並置於密封腔內，動力輸出杆帶動活塞對外做功或者回退，使得電極懸浮液在密 閉的空間內做周期性的往複流動。
[0036] 實施例1 :
[0037] 本發明實施例1的鋰離子液流電池系統的結構為：由電池單元組成電池子模塊， 電池子模塊組成電池模塊，電池模塊組成電池模塊組。本實施例為5kW/10kWh鋰離子液流 電池系統。該鋰離子液流電池系統包括電池模塊組301，電池模塊組301由15個電池模塊 102串聯組成，每個電池模塊102由8個電池子模塊101並聯組成，電池子模塊101之間的 輸液管路採用並聯且等距對分模式。每個電池子模塊101由30個電池單元並聯組成。電 池單元電極面積1500cm 2,厚度為5mm，電池單元工作電壓3. 2V，額定工作電流1. 5A，那麼該 電池模塊額定工作電壓為48V，額定工作電流為360A。每個電池模塊102的第一正極儲液 裝置103a、第二正極儲液裝置103b、第一負極儲液裝置103c和第二負極儲液裝置103d容 積均為8L。
[0038] 當第一動力循環裝置301a推動電極懸浮液流入電池模塊102、第二動力循環裝置 拉動電極懸浮液流出電池模塊102時，正極懸浮液從第一正極儲液裝置103a流出，經過設 有第一正極一級閥控裝置的l〇4a的第一正極輸液管路106a流入到電池模塊102的正極輸 液埠，正極懸浮液再由電池模塊102的正極輸液埠流入到電池模塊102內的各電池子 模塊101，流液方式採用等距多分模式，正極懸浮液通過設有第一正極二級閥控裝置l〇5a 的第一輸液管路l〇7a流入電池子模塊101內各電池單元的，再由電池單元的另一側流出到 設有第二正極二級閥控裝置l〇5b的第二輸液管路107b，再經過設有第二正極一級閥控裝 置104b的第二正極輸液管路106b流入到第二正極儲液裝置103b。與此同時，負極懸浮液 從第一負極儲液裝置l〇3c流出，經過設有第一負極一級閥控裝置104c的第一負極輸液管 路106c流入到電池模塊102的負極輸液埠，負極懸浮液再由電池模塊102的負極輸液端 口流入到電池模塊102內的各電池子模塊101，流液方式採用等距多分模式，負極懸浮液通 過設有第一負極二級閥控裝置l〇5c的第三輸液管路107c流入電池子模塊101內各電池單 元，再由電池單元的另一側流出到設有第二負極二級閥控裝置l〇5d的第四輸液管路107d， 再經過設有第二負極一級閥控裝置的104d的第二負極輸液管路106d流入到第二負極儲液 裝置103d。當第一正極儲液裝置103a內的正極懸浮液或第一負極儲液裝置103c的負極懸 浮液全部流出時，動力循環裝置改變控制策略，即第一動力循環裝置301a拉動電極懸浮流 出電池模塊102、第二動力循環裝置推動電極懸浮液流入電池模塊102,正、負極懸浮液流 動方向與上述方向相反。
[0039] 本發明對一級閥控裝置、二級閥控裝置和動力循環裝置在不同情況下的控制方法 如下：
[0040] 當電池系統停止工作，首先停止動力循環裝置，然後關閉二級閥控裝置，最後關閉 一級閥控裝置；電池系統開始工作時，二級閥控裝置首先開啟，然後啟動一級閥控裝置，最 後啟動動力循環裝置。
[0041] 當電池模塊102發生故障，立刻關閉該電池模塊102對應的一級閥控裝置，停止電 極懸浮液流動。
[0042] 當檢測到電池模塊102之間工作電壓不一致，即某個電池模塊102電壓值與電池 模塊組401內的各電池模塊電壓平均值存在一定的差值，該電池模塊102對應的一級閥控 裝置對流入、流出該電池模塊102的電極懸浮液流量進行調節，以達到電池模塊組401內各 個電池模塊102之間電壓值的一致。
[0043] 當電池子模塊101發生故障，立刻關閉該電池子模塊101對應的二級閥控裝置，停 止電極懸浮液流動。
[0044] 當檢測到電池子模塊101之間工作電流不一致，即某個電池子模塊101電流值與 電池模塊102內的各電池子模塊電流平均值存在一定的差值，該電池子模塊101對應的二 級閥控裝置對流入、流出該電池子模塊101的電極懸浮液流量進行調節，以達到電池模塊 102內各個電池子模塊101之間電流值的一致。
[0045] 本發明中，所述的正極懸浮液為正極活性材料顆粒、導電劑與電解液的混合物；所 述的正極活性材料顆粒為磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、矽酸鋰、矽酸鐵鋰、鈦硫化合物、鑰硫化合 物、鐵硫化合物、摻雜鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰釩氧化物、鋰鈦氧化物、鋰鎳錳氧化物、鋰 鎳鈷氧化物、鋰鎳錳鈷氧化物及其它可嵌鋰化合物中的一種或幾種；導電劑為碳黑、碳纖 維、石墨烯、科琴黑、納米碳管、金屬顆粒以及其他電子導電材料中的一種或幾種。
[〇〇46] 所述負極懸浮液為負極活性材料顆粒、導電劑與電解液的混合物，負極活性材料 顆粒為可逆嵌鋰的鋁基合金、矽基合金、錫基合金、鋰釩氧化物、鋰鈦氧化物、碳材料的一種 或幾種；導電劑為碳黑、碳纖維、石墨烯、科琴黑、納米碳管、金屬顆粒以及其他電子導電材 料中的一種或幾種。
[〇〇47] 所述輸液管路的材料為聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其它電子不導 電材料，或者所述輸液管路為內襯有聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其它電子 不導電材料的合金材料。
[0048] 實施例米用的正極懸浮液、負極懸浮液和輸液管路的材料如下表所列：
[0049]
【權利要求】
1. 一種鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述的鋰離子液流電池系統為電池模塊 組；所述的電池模塊組包括1個電池模塊或1個以上串聯的電池模塊，每個電池模塊包括1 個電池子模塊或1個以上並聯的電池子模塊，每個電池子模塊包括至少2個並聯的電池單 元；每個所述的電池模塊分別獨立使用一套儲液裝置，多個電池模塊串聯連接，每個電池模 塊之間的輸液管路相互獨立，進入每個電池模塊的正、負電極懸浮液互不接觸；多個電池子 模塊並聯連接，每個電池子模塊為單獨進、出液的獨立整體，每個電池子模塊之間的輸液管 路並聯連接；正、負電極懸浮液經過電池模塊的輸液管路和電池子模塊的輸液管路進入各 電池子模塊；電池模塊組內的所有電池模塊共用一套動力循環裝置，正、負電極懸浮液通過 動力循環裝置驅動，在儲液裝置、輸液管路和電池模塊組成的密閉空間內做周期性的往復 流動。
2. 如權利要求1所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述的儲液裝置包括第一 正極儲液裝置（l〇3a)、第二正極儲液裝置（103b)、第一負極儲液裝置（103c)和第二負極儲 液裝置（l〇3d);第一正極儲液裝置（103a)通過第一正極輸液管路與電池模塊的第一正極 輸液埠連接，第二正極儲液裝置（l〇3b)通過第二正極輸液管路與電池模塊的第二正極 輸液埠連接；第一正極儲液裝置（l〇3a)和第二正極儲液裝置（103b)存儲正極懸浮液，正 極懸浮液在第一正極儲液裝置（l〇3a)、第一正極輸液管路、電池模塊、第二正極輸液管路和 第二正極儲液裝置（l〇3b)內做周期性的往複流動；第一負極儲液裝置（103c)通過第一負 極輸液管路與電池模塊的第一負極輸液埠連接，第二負極儲液裝置（l〇3d)通過第二負 極輸液管路與電池模塊的第二負極輸液埠連接；第一負極儲液裝置（l〇3c)和第二負極 儲液裝置（l〇3d)存儲負極懸浮液；負極懸浮液在第一負極儲液裝置（103c)、第一負極輸液 管路、電池模塊、第二負極輸液管路和第二負極儲液裝置（l〇3d)內做周期性往複流動。
3. 如權利要求1所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述的儲液裝置的輸液端 口設置有一級閥控裝置；一級閥控裝置包括第一正極一級閥控裝置（l〇4a)、第二正極一級 閥控裝置（l〇4b)、第一負極一級閥控裝置（104c)和第二負極一級閥控裝置（104d);第一正 極一級閥控裝置（l〇4a)設置在連接第一正極儲液裝置（103a)的第一正極輸液管路（106a) 上，第二正極一級閥控裝置（l〇4b)設置在連接第二正極儲液裝置（103b)的第二正極輸液 管路（106b)上，第一負極閥一級控裝置（104c)設置在連接第一負極儲液裝置（103c)的第 一負極輸液管路（l〇6c)上，第二負極閥一級控裝置（104d)設置在連接第二負極儲液裝置 (103d)的第二負極輸液管路（106d)上。
4. 如權利要求1所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：每個所述的電池子模塊 (101)輸液管路設置一套二級閥控裝置，所述的二級閥控裝置包括第一正極二級閥控裝置 (105a)、第二正極二級閥控裝置（105b)、第一負極二級閥控裝置（105c)和第二負極二級閥 控裝置（105d);第一正極二級閥控裝置（105a)設置在電池子模塊（101) -側的第一輸液 管路（107a)上，第二正極二級閥控裝置（105b)設置在電池子模塊（101)另一側的第二輸 液管路（l〇7b)上，第一負極二級閥控裝置設置（105c)在電池子模塊（101) -側的第三輸 液管路（l〇7c)上，第二負極二級閥控裝置（105d)設置在電池子模塊（101)另一側的第四 輸液管路（l〇7d)上。
5. 如權利要求1所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述的多個電池模塊共 用一套動力循環裝置，動力循環裝置包括第一動力循環裝置（301a)和第二動力循環裝 置（301b)，第一動力循環裝置（301a)與第一正極儲液裝置（103a)和第一負極儲液裝 置（l〇3c)連接，分別驅動第一正極儲液裝置（103a)的正極懸浮液和第一負極儲液裝置 (103c)的負極懸浮液的流入、流出；第二動力循環裝置（301b)與第二正極儲液裝置（103b) 和第二負極儲液裝置（l〇3d)連接，分別驅動第二正極儲液裝置（103b)的正極懸浮液和第 二負極儲液裝置（l〇3d)的負極懸浮液的流入、流出。
6. 如權利要求1或5所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述的第一動力循環 裝置（301a)和第二動力循環裝置（301b)採用同步推、拉式控制方法，共同驅動電極懸浮液 在儲液裝置、輸液管路和電池模塊組成的密閉空間內做周期性往複流動； 所述的動力循環裝置同步推、拉式的控制方法為：當鋰離子液流電池系統開始工作， 動力循環裝置啟動，第一動力循環裝置（301a)推動第一正極儲液裝置（103a)的正極懸浮 液和第一負極儲液裝置（l〇3c)的負極懸浮液向電池模塊內流入，同時，第二動力循環裝置 (301b)拉動第二正極儲液裝置（103b)的正極懸浮液和第二負極儲液裝置（103d)的負極懸 浮液從電池模塊內流出；以及，第一動力循環裝置（301a)拉動第一正極儲液裝置（103a)的 正極懸浮液和第一負極儲液裝置（l〇3c)的負極懸浮液向電池模塊內流出，同時，第二動力 循環裝置（301b)推動第二正極儲液裝置（301b)的正極懸浮液和第二負極儲液裝置（103d) 的負極懸浮液從電池模塊內流入。
7. 如權利要求1所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述的電池模塊（102)的 第一正極輸液管路（l〇6a)與電池子模塊（101)的第一輸液管路（107a)連接，電池模塊 (102)的第二正極輸液管路（106b)與電池子模塊（101)的第二輸液管路（107b)連接，電池 模塊（102)的第一負極輸液管路（106c)與電池子模塊（101)的第三輸液管路（107c)連接， 電池模塊（102)的第二負極輸液管路（106d)與電池子模塊（101)的第四輸液管路（107d) 連接；電池模塊（102)的輸液管路與各電池子模塊的輸液管路連接模式採用等距對分或等 距多分方式。
8. 如權利要求1所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述正極懸浮液為正極活 性材料顆粒、導電劑與電解液的混合物；正極活性材料顆粒為磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、矽酸 鋰、矽酸鐵鋰、鈦硫化合物、鑰硫化合物、鐵硫化合物、摻雜鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰釩氧 化物、鋰鈦氧化物、鋰鎳錳氧化物、鋰鎳鈷氧化物、鋰鎳錳鈷氧化物及其它可嵌鋰化合物的 一種或幾種；導電劑為碳黑、碳纖維、石墨烯、科琴黑、納米碳管、金屬顆粒以及其他電子導 電材料中的一種或幾種。
9. 如權利要求1所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述負極懸浮液為負極活 性材料顆粒、導電劑與電解液的混合物，負極活性材料顆粒為可逆嵌鋰的鋁基合金、矽基合 金、錫基合金、鋰釩氧化物、鋰鈦氧化物、碳材料的一種或幾種；導電劑為碳黑、碳纖維、石墨 烯、科琴黑、納米碳管、金屬顆粒以及其他電子導電材料中的一種或幾種。
10. 如權利要求1所述的鋰離子液流電池系統，其特徵在於：所述輸液管路的材料為聚 乙烯，或聚丙烯，或聚四氟乙烯，或聚偏氟乙烯；或者，所述輸液管路的材料為內襯有聚乙烯 或聚丙烯或聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯的合金材料。
【文檔編號】H01M8/24GK104064797SQ201410265489
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月14日 優先權日:2014年6月14日
【發明者】張曉虎, 陳永翀 申請人:中國科學院電工研究所