一種液流形式的鋰硫電池儲能系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種液流形式的鋰硫電池儲能系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]電池被廣泛應用于各種領域，從電動汽車、手持設備到微芯片。隨著社會與科技的進步，人們的生活方式對電池性能提出了更高要求，世界各國研宄者也一直致力于研發(fā)更好的化學電源。鋰二次電池是20世紀90年代發(fā)展起來的綠色電源，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世紀的主導電源。
[0003]鋰硫電池是正在開發(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格低廉、存儲量大等優(yōu)越性受到越來越多的研發(fā)人員的重視。傳統(tǒng)的鋰硫電池，都是將活性物質硫或其化合物固定于正極，假設正極的硫完全轉化為硫化鋰，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量級的性能，是高性能鋰二次電池的代表和方向，為電動車，混合動力車、航空航天等高耗能器件提供持久的能量，也可以做成廉價高效的儲能系統(tǒng)。但是，鋰硫電池也存在一些問題阻礙了其發(fā)展，如:硫的導電率較低，在充放電過程中產生的多硫化鋰中間產物易溶于有機電解質從而使得正極活性材料的流失，沉淀在負極表面的多硫化物可加劇負極的腐蝕從而使負極內部阻抗增加，最終導致電池容量的不可逆衰減。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，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能系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是:本發(fā)明包括外部安全殼、設置在所述外部安全殼上端的正極電極和負極電極、設置在所述外部安全殼內部的正負極隔板驅動系統(tǒng)和正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及負極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括正極儲液罐、通過正極循環(huán)管道與所述正極儲液罐連通的正極板式換熱器，所述正極儲液罐內設置有將正極活性物質彌散于電解液中的正極液流，所述負極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括負極儲液罐、通過負極循環(huán)管道與所述負極儲液罐連通的負極板式換熱器，所述負極儲液罐內設置有將負極活性物質彌散于電解液中的負極液流，以液流形式實現鋰離子與硫離子的反應充放電過程。
[0006]進一步的，所述正負極隔板驅動系統(tǒng)包括正極隔板、負極隔板、滲透膜、隔板擠液刷、隔板槽、激活信號接線柱及內部控制電路，所述滲透膜設置在所述正極隔板與所述負極隔板之間，所述隔板槽設置在所述正極隔板和所述負極的上方，所述激活信號接線柱設置在所述隔板槽的頂部并露出所述外部安全殼，所述內部控制電路設置在所述隔板槽內部并與所述激活信號接線柱電連接，通過電信號對所述正極隔板和所述負極隔板實現自動開闔。
[0007]進一步的，所述正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)還包括設置在所述正極儲液罐上且與所述正極電極電連接的正極接線柱，所述負極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)還包括設置在所述負極儲液罐上且與所述負極電極電連接的負極接線柱，所述滲透膜為能保證鋰離子自由透過且可抑制硫離子通過的離子選擇性滲透膜。
[0008]進一步的，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]進一步的，所述外部安全殼為抗腐蝕及有較強硬度的金屬材料制成。
[0010]進一步的，所述負極活性物質為鋰單質或其化合物，其均勻彌散于電解液中。
[0011]進一步的，所述正極活性物質為硫單質或其化合物，所述正極活性物質與復合層和包覆層形成核殼結構后再均勻彌散于電解液中。
[0012]進一步的，所述復合層為石墨、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的周圍，并形成可供鋰離子進出的通道。
[0013]進一步的，所述包覆層為導電聚合物，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電性。
[0014]進一步的，所述電解液包括有機溶劑和鋰鹽。
[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合的思路，構造一個全液流形式的電池系統(tǒng)，通過將正負極活性物質均勻彌散在電解液中，并設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，穿梭效益等問題。同時，設置正負極非能動電池液自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及隔板驅動系統(tǒng)，為電池系統(tǒng)提供一個溫度恒定、電池液均勻以及安全可靠的環(huán)境。本發(fā)明與現有技術相比，具有以下突出優(yōu)點及效果:
1.外部安全殼封閉，為內部電池核心部分提供保護屏障，提高整個電池系統(tǒng)的安全性，保證了鋰硫電池的安全、穩(wěn)定的運行。
[0016]2.正負極隔板驅動系統(tǒng)，隔板將正負極電池液及滲透膜有效分隔開來，并能在外部電信號的作用下，進行自動開闔。通過外部電信號來調節(jié)隔板開闔大小，以控制正負極電池液反應接觸面積從而調節(jié)正負極電池液的反應性，進而調節(jié)電池電量。
[0017]3.由于隔板能夠活動自如，當正負極隔板完全關閉時，可有效將中間滲透膜隔開，便于更換中間滲透膜；當正負極隔板完全打開時，便于更換正負極隔板。
[0018]4.此外，在交通事故或其他外部影響造成隔板驅動電路損壞，失去電源，隔板將依靠重力自然落下，從而迅速切斷正負極反應，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，保證了負極鋰離子的自由通過，及有效阻止了硫離子的通過，抑制了飛梭效應，提高了鋰硫電池的電化學性能；
6.正負極非能動電池液自然循環(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，產生自然循環(huán)效果。一方面有利于電池液中活性物質的均勻分布，增加正負極活性物質的反應效率，降低硫化鋰及鋰的支晶等不溶物質的形成；另一方面有利于電池散熱，循環(huán)管道增大了內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相對穩(wěn)定的溫度范圍。
[0020]7.負極電池液為單質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.正極活性物質為硫或其化合物復合石墨、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，形成納米級活性物質包殼層，該包殼層做為硫單質載體，之后于包殼層外部包覆一層導電包覆層，形成核殼結構，包殼層和包覆層的作用一是通過抑制高價態(tài)聚硫離子的溶解及迀出，使其僅在層內反應，二是包殼層和包覆層為負極鋰離子提供了可供進出的通道，保證了鋰硫的反應效率。三是增加了導電性，從而在整體上提高了電池的放電性能和循環(huán)性能。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；
圖2是正極活性物質的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括外部安全殼1、設置在所述外部安全殼I上端的正極電極2和負極電極3、設置在所述外部安全殼I內部且由正負極隔板驅動系統(tǒng)區(qū)分開的正極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)和負極電池液循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述外部安全殼I為全封閉結構，呈長方形，其上部設所述正極電極2、所述負極電極3及激活信號