一种锂离子液流电池系统的制作方法

一种锂离子液流电池系统的制作方法
【专利摘要】一种锂离子液流电池系统，该锂离子液流电池系统包括1个电池模块组，电池模块组包括1个电池模块或1个以上串联的电池模块，每个电池模块包括1个电池子模块或1个以上并联的电池子模块，每个电池子模块包括至少2个并联的电池单元。组成电池模块组的每个电池模块的供液体系相互独立，分别使用一套正、负极储液装置，输液管路相互独立。每个电池子模块为单独进、出液的独立整体。电池模块组内的所有电池模块共用一套动力循环装置，正、负电极悬浮液通过动力循环装置驱动，在储液装置、输液管路和电池模块组成的密闭空间内做周期性的往复流动。
【专利说明】一种锂离子液流电池系统 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及锂离子液流电池领域，具体涉及一种锂离子液流电池系统。 【背景技术】
[0002] 锂离子液流电池是一种新型化学储能电池，它综合了锂离子电池和液流电池的优 点。锂离子液流电池的输出功率取决于电池的电极反应面积和电池单元的节数，储能容量 则取决于电极悬浮液的体积和浓度，二者可单独设计，是一种输出功率和储能容量彼此独 立、能量密度大、充放电切换灵活、响应速度快、成本较低的新型绿色可充电池。这种新型锂 离子液流电池的正、负极材料颗粒和电解液的混合物--电极悬浮液，分别装在两个储液 装置中，在动力循环系统的推动下，电极悬浮液通过密封管道流经电化学反应器，在微孔隔 膜的两侧发生氧化还原反应。
[0003] 锂离子液流电池作为新型的蓄电储能装置，能够扩容到更大的储存容量，并且与 需要整修电极的常规电池相比，具有实现更长寿命和更低成本的巨大潜力。它不仅可以作 为太阳能、风能发电系统的配套储能设备，还可以作为电网的调峰装置，提高输电质量，保 障电网安全。利用化学电源进行蓄电储能，可以不受地理条件限制，有望实现大规模储能， 具有重大社会经济价值。
[0004] 虽然锂离子液流电池在大规模储能应用中拥有诸多的优势，由于锂离子液流电池 的电极悬浮液具有电子导电性，因此目前尚无完整的电池串并联系统，如何设计大容量高 电压的锂离子液流电池是目前急需解决的问题。中国专利CN101047254A公开的大功率氧 化还原液流储能电堆模块化结构及其群组模式，提供一种从模块化角度出发，采用电液流 动与电液漏电综合损耗最小化技术以及电液均匀分配技术，但是，根据此技术，锂离子液流 电池供液体系为一个整体，电池模块相互影响较大，对电极悬浮液具有电子导电性的锂离 子液流电池会产生较大的短路电流。同时，由于电极悬浮液的粘度很大，使用液泵对电极悬 浮液进行循环时会产生较大的机械损耗，严重降低电池的能量效率。液泵还容易导致电极 悬浮液的泄露或与大气中的水氧气体接触，造成安全隐患。中国专利CN102664280A公开的 一种无泵锂离子液流电池及其电极悬浮液的配置方法，电池系统利用重力和气体压力对电 极悬浮液进行循环，避免使用液泵，减少了电池循环系统的机械损耗和安全隐患，但是，正、 负极电极悬浮液分别使用一个储液罐，即经过充放电的电极悬浮液和没有经过充放电的电 极悬浮液在一个储液装置中混合，因电极悬浮液具有电子导电性会产生电势差，导致漏电 发生，降低电池库伦效率。
【发明内容】

[0005] 为了弥补现有锂离子液流电池储能系统技术应用的不足，本发明提供一种锂离子 液流电池系统。本发明采用合理的电路连接方案、相对独立的供液体系以及相应的操作运 行策略，有效地解决了电池漏电短路问题，提高了锂离子液流电池的性能，延长了电池使用 寿命。
[0006] 本发明采用以下技术方案：
[0007] -种锂离子液流电池系统，所述的锂离子液流电池系统采用模块化结构，为电池 模块组。电池单元组成电池子模块，电池子模块组成电池模块，电池模块组成所述的电池模 块组。所述的电池模块组包括1个电池模块或1个以上串联的电池模块，每个电池模块包 括1个电池子模块或1个以上并联的电池子模块，每个电池子模块包括至少2个并联的电 池单元；电池单元是电池的最小单元，不可分割。电池子模块内电池单元并联的数量一方面 取决于电池单元的额定容量和额定功率，另一方面取决于电极悬浮液流经电池子模块的可 控性和可操作性，以及电池电连接的安全可靠性。为了降低电池子模块均流控制问题的复 杂程度，在满足大容量、大功率电池单元安全性和可靠性的前提下，应尽量减少电池单元的 并联数量。电池模块内电池子模块并联的数量取决于电池系统的工作电流、额定容量和维 护管理的便捷性。电池模块组内电池模块串联的数量取决于变流器的功率和工作电压。
[0008] 本发明的特征在于：所述的每个电池模块分别独立使用一套正、负极储液装置，多 个电池模块电路上串联连接，每个电池模块之间的输液管路相互独立，进入每个电池模块 的正、负电极悬浮液互不接触。多个电池子模块电路上并联连接，每个电池子模块为可以单 独进、出液的独立整体，每个电池子模块之间的输液管路并联连接。正、负电极悬浮液经过 电池模块的输液管路和电池子模块的输液管路进入各电池子模块，且不同电池子模块之间 的输液模式采用等距对分或等距多分形式。电池模块组内的所有电池模块共用一套动力循 环装置，正、负电极悬浮液通过动力循环装置驱动，在储液装置、输液管路和电池模块组成 的密闭空间内做周期性的往复流动。
[0009] 每个电池模块使用一套储液装置，所述储液装置包括第一正极储液装置、第二正 极储液装置、第一负极储液装置和第二负极储液装置。第一正极储液装置通过第一正极输 液管路与电池模块的第一正极输液端口连接，第二正极储液装置通过第二正极输液管路与 电池模块的第二正极输液端口连接，正极悬浮液在第一正极储液装置、第一正极输液管路、 电池模块、第二正极输液管路和第二正极储液装置内做周期性的往复流动；第一负极储液 装置通过第一负极输液管路与电池模块的第一负极输液端口连接，第二负极储液装置通过 第二负极输液管路与电池模块的第二负极输液端口连接，负极悬浮液在第一负极储液装 置、第一负极输液管路、电池模块、第二负极输液管路和第二负极储液装置内做周期性往复 流动。
[〇〇1〇] 进一步，所述的储液装置与电池模块之间的输液管路上设有一级阀控装置，一级 阀控装置为具有截止功能的流量调节装置，且阀体内部绝缘。所述的一级阀控装置包括第 一正极一级阀控装置、第二正极一级阀控装置、第一负极一级阀控装置和第二负极一级阀 控装置，其中，第一正极一级阀控装置设置在连接第一正极储液装置的第一正极输液管路 上，第二正极一级阀控装置设置在连接第二正极储液装置的第二正极输液管路上，第一负 极一级阀控装置设置在连接第一负极储液装置的第一负极输液管路上，第二负极一级阀控 装置设置在连接第二负极储液装置的第二负极输液管路上。一级阀控装置控制电极悬浮液 从储液装置流入或流出，同时控制电极悬浮液流入或流出储液装置的流量。一级阀控装置 的作用是防止因电池模块发生故障而导致电池系统的进一步恶化，同时能够通过调节电极 悬浮液流量保证各电池模块之间性能的一致性。
[0011] 所述电池模块包括至少1个电池子模块，每个电池子模块为可以单独进、出液的 独立整体。正极悬浮液通过电池模块的第一正极输液管路或第二正极输液管路流入各电池 子模块的第一输液管路或第二输液管路，再流入电池子模块中的各电池单元，再由电池单 元的另一侧通过电池子模块的第二输液管路或第一输液管路进入到电池模块另一侧的第 二正极输液管路或第一正极输液管路。负极悬浮液的输液管路与正极悬浮液输液管路结构 相同。
[0012] 所述电池子模块之间的电极悬浮液输液管路并联连接，且输液模式采用等距对分 或者等距多分的模式，尽量保证电池子模块之间进、出的电极悬浮液流量一致，有利于保持 电池子模块之间性能的一致性。
[0013] 每个所述的电池子模块的输液管路上设置有一套二级阀控装置，二级阀控装置为 具有截止功能的流量调节装置，且阀体内部绝缘。所述二级阀控装置包括第一正极二级阀 控装置、第二正极二级阀控装置、第一负极二级阀控装置和第二负极二级阀控装置。第一正 极二级阀控装置设置在电池子模块一侧的第一输液管路上，第二正极二级阀控装置设置在 电池子模块另一侧的第二输液管路上，；第一负极二级阀控装置设置在电池子模块另一侧 的第三输液管路上，第二负极二级阀控装置设置在电池子模块另一侧的第四输液管路上。
[0014] 所述的第一正极二级阀控装置和第二正极二级阀控装置控制正极悬浮液能否流 入、流出电池子模块内的各电池单元，同时控制正极悬浮液流经各电池单元的流量；所述的 第一负极二级阀控装置和第二负极二级阀控装置控制负极悬浮液能否流经电池子模块内 的各电池单元，同时控制电极悬浮液流各电池单元的流量。
[0015] 所述的电池单元组成电池子模块，电池子模块组成电池模块，电池模块组成电池 模块组，电池模块组构成锂离子液流电池系统本体。电池模块组由至少1个电池模块组成， 或由多个电池模块串联组成。电池模块组内的各个电池模块共用一套动力循环装置，该动 力循环装置驱动电池模块储液装置内的电极悬浮液周期性的往复流动。所述动力循环装 置由动力源和若干个动力输出结构组成，所述的动力源为气压力、液压力、机械力或者电动 力，所述的动力输出结构依次排列，将动力循环装置动力源的输出力均匀分配到各连接的 储液装置上。所述的动力输出结构包括密封腔、动力输出杆，以及设置于动力输出杆一侧的 活塞。所述的活塞设置在储液装置内，与电极悬浮液接触，动力输出杆的一端与活塞连接， 另一端与动力循环装置动力源连接，并置于密封腔内，动力输出杆带动活塞对外做功或者 回退，使得电极悬浮液在密闭的空间内做周期性的往复流动。
[0016] 所述动力循环装置包括第一动力循环装置和第二动力循环装置，第一动力循环装 置分别与第一正极储液装置和第一负极储液装置连接，驱动第一正极储液装置的正极悬浮 液和第一负极储液装置的负极悬浮液的流入、流出；第二动力循环装置分别与第二正极储 液装置和第二负极储液装置连接，驱动第二正极储液装置的正极悬浮液和第二负极储液装 置的负极悬浮液的流入、流出。
[0017] 所述的第一动力循环装置和第二动力循环装置采用同步推、拉式的控制方式，共 同驱动电极悬浮液在储液装置、输液管路和电池模块组成的密闭空间内做周期性往复流 动。
[0018] 所述动力循环装置同步推、拉式的控制方式为：当锂离子液流电池系统开始工作， 动力循环装置启动，第一动力循环装置推动第一正极储液装置的正极悬浮液和第一负极储 液装置的负极悬浮液向电池模块内流入，同时，第二动力循环装置拉动第二正极储液装置 的正极悬浮液和第二负极储液装置的负极悬浮液从电池模块内流出；以及，第一动力循环 装置拉动第一正极储液装置的正极悬浮液和第一负极储液装置的负极悬浮液向电池模块 内流出，同时，第二动力循环装置推动第二正极储液装置的正极悬浮液和第二负极储液装 置的负极悬浮液从电池模块内流入。这样，第一动力循环装置和第二动力循环装置这种同 步推、拉式的配合使用，驱动电极悬浮液做周期性的往复流动，能够有效降低能耗，避免在 电极悬浮液流动过程中，储液装置、输液管道和电池腔体组成的密闭空间产生过大的压力， 有效提高电池系统的密封性，避免电极悬浮液泄露。
[0019] 所述的动力循环装置、储液装置和电池模块均在同一个水平位置，保证电极悬浮 液能够在一个水平的密闭空间内做周期性的往复流动。
[0020] 所述正极悬浮液为正极活性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物；所述的正极活 性材料颗粒为磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、硅酸锂、硅酸铁锂、钛硫化合物、钥硫化合物、铁硫化 合物、掺杂锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂钒氧化物、锂钛氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴氧化 物、锂镍锰钴氧化物及其它可嵌锂化合物中的一种或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯、 科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材料中的一种或几种。
[0021] 所述负极悬浮液为负极活性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物，负极活性材料 颗粒为可逆嵌锂的铝基合金、硅基合金、锡基合金、锂钒氧化物、锂钛氧化物、碳材料的一种 或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材 料中的一种或几种。
[0022] 所述输液管路的材料为聚乙烯，或聚丙烯，或聚四氟乙烯，或聚偏氟乙烯或其它电 子不导电材料；或者，所述输液管路的材料为内衬有聚乙烯、或聚丙烯、或聚四氟乙烯、或聚 偏氟乙烯，或其它电子不导电材料的合金材料。
[0023] 本发明的技术优势体现在：
[0024] 1)锂离子液流电池系统内各电池模块内各电池子模块输液管路并联连接，有效避 免锂离子液流电池因电极悬浮液电子导电而造成的电池模块短路问题，同时降低电池模块 之间的相互干扰，提高电池系统安全性和电池库伦效率、延长循环使用寿命；
[0025] 2)锂离子液流电池系统所有电池模块共用一套动力循环装置，第一动力循环装置 和第二动力循环装置采用同步推、拉式的控制方法，有效驱动电极悬浮液周期性的往复流 动，能够降低设备成本和电能损耗，避免在电极悬浮液流动过程中，储液装置、输液管道和 电池腔体组成的密闭空间产生过大的压力，有效提高电池系统的密封性，避免电极悬浮液 泄露；
[0026] 3)各输液管路上配置合理的阀控装置，能够有效控制故障部分电极悬浮液的流 动，且不影响其它电池部分的正常运行，保证了电池系统运行的安全性和可靠性。 【专利附图】

【附图说明】
[0027] 图1由两个电池子模块并联组成的电池模块结构示意图，图中，101电池子模块， 102电池模块，103a第一正极储液装置，103b第二正极储液装置，103c第一负极储液装置， 103d第二负极储液装置，104a第一正极一级阀控装置，104b第二正极一级阀控装置，104c 第一负极一级阀控装置，l〇4d第二负极一级阀控装置，105a第一正极二级阀控装置，105b 第二正极二级阀控装置，l〇5c第一负极二级阀控装置，105d第二负极二级阀控装置，106a 第一正极输液管路，106b第二正极输液管路，106c第一负极输液管路，106d第二负极输液 管路，107a第一输液管路，107b第二输液管路，107c第三输液管路，107d第四输液管路；
[0028] 图2由多个电池子模块并联组成的电池模块结构示意图；
[〇〇29] 图3设置有动力循环装置的电池模块结构示意图，图中，301a第一动力循环装置； 301b第二动力循环装置；
[0030] 图4由多个电池模块串联组成的电池模块组结构示意图，图中，401电池模块组；
[0031] 图5本发明锂离子液流电池系统结构示意图。 【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0033] 本发明的锂离子液流电池采用模块化结构，为电池模块组401。由电池单元组成电 池子模块101,电池子模块101组成电池模块102,电池模块102组成电池模块组401。如 图1、图2以及图3所示，本发明的电池模块102由至少1个电池子模块101组成，多个电池 子模块101并联连接，多个电池模块102之间通过输液管路连接，多个电池模块102之间的 输液管路相互独立；多个电池子模块101之间通过输液管路连接，多个电池模块101之间的 输液管路并联连接。电池模块102的第一正极输液管路106a与电池子模块101的第一输 液管路l〇7a连接，电池模块102的第二正极输液管路106b与电池子模块101的第二输液 管路107b连接，电池模块102的第一负极输液管路106c与电池子模块101的第三输液管 路107c连接，电池模块102的第二负极输液管路106d与电池子模块101的第四输液管路 107d连接，且电池模块102的输液管路与各电池子模块的输液管路连接模式采用等距对分 或等距多分，即1分2、1分3或者1分更多的等距结构。
[〇〇34] 每个电池模块使用一套独立的储液装置。每套所述的储液装置包括第一正极储液 装置103a、第二正极储液装置103b、第一负极储液装置103c和第二负极储液装置103d。第 一正极储液装置l〇3a和第二正极储液装置103b存储正极悬浮液，第一负极储液装置103c 和第二负极储液装置l〇3d存储负极悬浮液。储液装置的输液端口设置有一级阀控装置，一 级阀控装置包括第一正极一级阀控装置104a、第二正极一级阀控装置104b、第一负极一级 阀控装置104c和第二负极一级阀控装置104d。第一正极一级阀控装置104a设置在连接第 一正极储液装置l〇3a的第一正极输液管路106a上，第二正极一级阀控装置104b设置在连 接第二正极储液装置l〇3b的第二正极输液管路106b上，第一负极阀一级控装置104c设置 在连接第一负极储液装置l〇3c的第一负极输液管路106c上，第二负极阀一级控装置104d 设置在连接第二负极储液装置l〇3d的第二负极输液管路106d上。每个电池子模块101输 液管路设置一套二级阀控装置，所述的二级阀控装置包括第一正极二级阀控装置l〇5a、第 二正极二级阀控装置l〇5b、第一负极二级阀控装置105c和第二负极二级阀控装置105d。第 一正极二级阀控装置l〇5a设置在电池子模块101 -侧的第一输液管路107a上，第二正极 二级阀控装置105b设置在电池子模块101另一侧的第二输液管路107b上，第一负极二级 阀控装置设置l〇5c在电池子模块101 -侧的第三输液管路107c上，第二负极二级阀控装 置105d设置在电池子模块101另一侧的第四输液管路107d上。多个电池模块共用一套动 力循环装置，动力循环装置包括第一动力循环装置301a和第二动力循环装置301b，第一动 力循环装置301a与第一正极储液装置103a和第一负极储液装置103c连接，分别驱动第一 正极储液装置103a的正极悬浮液和第一负极储液装置103c的负极悬浮液的流入、流出；第 二动力循环装置301a与第二正极储液装置103b和第二负极储液装置103d连接，分别驱动 第二正极储液装置l〇3b的正极悬浮液和第二负极储液装置103d的负极悬浮液的流入、流 出。
[0035] 如图4、图5所示，本发明的电池模块组401由至少1个电池模块102串联连接组 成。电池模块组401内所有电池模块102共同使用一套动力循环装置。动力循环装置由动 力源和若干个动力输出结构组成。动力源为气压力、液压力、机械力或者电动力，动力输出 结构依次排列，将动力循环装置动力源的输出力均匀分配到各连接的储液装置上。动力输 出结构包括密封腔、动力输出杆，以及设置于动力输出杆一侧的活塞。所述的活塞设置在储 液装置内，与电极悬浮液接触，动力输出杆的一端与活塞连接，另一端与动力循环装置的动 力源连接，并置于密封腔内，动力输出杆带动活塞对外做功或者回退，使得电极悬浮液在密 闭的空间内做周期性的往复流动。
[0036] 实施例1 :
[0037] 本发明实施例1的锂离子液流电池系统的结构为：由电池单元组成电池子模块， 电池子模块组成电池模块，电池模块组成电池模块组。本实施例为5kW/10kWh锂离子液流 电池系统。该锂离子液流电池系统包括电池模块组301，电池模块组301由15个电池模块 102串联组成，每个电池模块102由8个电池子模块101并联组成，电池子模块101之间的 输液管路采用并联且等距对分模式。每个电池子模块101由30个电池单元并联组成。电 池单元电极面积1500cm 2,厚度为5mm，电池单元工作电压3. 2V，额定工作电流1. 5A，那么该 电池模块额定工作电压为48V，额定工作电流为360A。每个电池模块102的第一正极储液 装置103a、第二正极储液装置103b、第一负极储液装置103c和第二负极储液装置103d容 积均为8L。
[0038] 当第一动力循环装置301a推动电极悬浮液流入电池模块102、第二动力循环装置 拉动电极悬浮液流出电池模块102时，正极悬浮液从第一正极储液装置103a流出，经过设 有第一正极一级阀控装置的l〇4a的第一正极输液管路106a流入到电池模块102的正极输 液端口，正极悬浮液再由电池模块102的正极输液端口流入到电池模块102内的各电池子 模块101，流液方式采用等距多分模式，正极悬浮液通过设有第一正极二级阀控装置l〇5a 的第一输液管路l〇7a流入电池子模块101内各电池单元的，再由电池单元的另一侧流出到 设有第二正极二级阀控装置l〇5b的第二输液管路107b，再经过设有第二正极一级阀控装 置104b的第二正极输液管路106b流入到第二正极储液装置103b。与此同时，负极悬浮液 从第一负极储液装置l〇3c流出，经过设有第一负极一级阀控装置104c的第一负极输液管 路106c流入到电池模块102的负极输液端口，负极悬浮液再由电池模块102的负极输液端 口流入到电池模块102内的各电池子模块101，流液方式采用等距多分模式，负极悬浮液通 过设有第一负极二级阀控装置l〇5c的第三输液管路107c流入电池子模块101内各电池单 元，再由电池单元的另一侧流出到设有第二负极二级阀控装置l〇5d的第四输液管路107d， 再经过设有第二负极一级阀控装置的104d的第二负极输液管路106d流入到第二负极储液 装置103d。当第一正极储液装置103a内的正极悬浮液或第一负极储液装置103c的负极悬 浮液全部流出时，动力循环装置改变控制策略，即第一动力循环装置301a拉动电极悬浮流 出电池模块102、第二动力循环装置推动电极悬浮液流入电池模块102,正、负极悬浮液流 动方向与上述方向相反。
[0039] 本发明对一级阀控装置、二级阀控装置和动力循环装置在不同情况下的控制方法 如下：
[0040] 当电池系统停止工作，首先停止动力循环装置，然后关闭二级阀控装置，最后关闭 一级阀控装置；电池系统开始工作时，二级阀控装置首先开启，然后启动一级阀控装置，最 后启动动力循环装置。
[0041] 当电池模块102发生故障，立刻关闭该电池模块102对应的一级阀控装置，停止电 极悬浮液流动。
[0042] 当检测到电池模块102之间工作电压不一致，即某个电池模块102电压值与电池 模块组401内的各电池模块电压平均值存在一定的差值，该电池模块102对应的一级阀控 装置对流入、流出该电池模块102的电极悬浮液流量进行调节，以达到电池模块组401内各 个电池模块102之间电压值的一致。
[0043] 当电池子模块101发生故障，立刻关闭该电池子模块101对应的二级阀控装置，停 止电极悬浮液流动。
[0044] 当检测到电池子模块101之间工作电流不一致，即某个电池子模块101电流值与 电池模块102内的各电池子模块电流平均值存在一定的差值，该电池子模块101对应的二 级阀控装置对流入、流出该电池子模块101的电极悬浮液流量进行调节，以达到电池模块 102内各个电池子模块101之间电流值的一致。
[0045] 本发明中，所述的正极悬浮液为正极活性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物；所 述的正极活性材料颗粒为磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、硅酸锂、硅酸铁锂、钛硫化合物、钥硫化合 物、铁硫化合物、掺杂锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂钒氧化物、锂钛氧化物、锂镍锰氧化物、锂 镍钴氧化物、锂镍锰钴氧化物及其它可嵌锂化合物中的一种或几种；导电剂为碳黑、碳纤 维、石墨烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材料中的一种或几种。
[〇〇46] 所述负极悬浮液为负极活性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物，负极活性材料 颗粒为可逆嵌锂的铝基合金、硅基合金、锡基合金、锂钒氧化物、锂钛氧化物、碳材料的一种 或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材 料中的一种或几种。
[〇〇47] 所述输液管路的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其它电子不导 电材料，或者所述输液管路为内衬有聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其它电子 不导电材料的合金材料。
[0048] 实施例米用的正极悬浮液、负极悬浮液和输液管路的材料如下表所列：
[0049]
【权利要求】
1. 一种锂离子液流电池系统，其特征在于：所述的锂离子液流电池系统为电池模块 组；所述的电池模块组包括1个电池模块或1个以上串联的电池模块，每个电池模块包括1 个电池子模块或1个以上并联的电池子模块，每个电池子模块包括至少2个并联的电池单 元；每个所述的电池模块分别独立使用一套储液装置，多个电池模块串联连接，每个电池模 块之间的输液管路相互独立，进入每个电池模块的正、负电极悬浮液互不接触；多个电池子 模块并联连接，每个电池子模块为单独进、出液的独立整体，每个电池子模块之间的输液管 路并联连接；正、负电极悬浮液经过电池模块的输液管路和电池子模块的输液管路进入各 电池子模块；电池模块组内的所有电池模块共用一套动力循环装置，正、负电极悬浮液通过 动力循环装置驱动，在储液装置、输液管路和电池模块组成的密闭空间内做周期性的往复 流动。
2. 如权利要求1所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：所述的储液装置包括第一 正极储液装置（l〇3a)、第二正极储液装置（103b)、第一负极储液装置（103c)和第二负极储 液装置（l〇3d);第一正极储液装置（103a)通过第一正极输液管路与电池模块的第一正极 输液端口连接，第二正极储液装置（l〇3b)通过第二正极输液管路与电池模块的第二正极 输液端口连接；第一正极储液装置（l〇3a)和第二正极储液装置（103b)存储正极悬浮液，正 极悬浮液在第一正极储液装置（l〇3a)、第一正极输液管路、电池模块、第二正极输液管路和 第二正极储液装置（l〇3b)内做周期性的往复流动；第一负极储液装置（103c)通过第一负 极输液管路与电池模块的第一负极输液端口连接，第二负极储液装置（l〇3d)通过第二负 极输液管路与电池模块的第二负极输液端口连接；第一负极储液装置（l〇3c)和第二负极 储液装置（l〇3d)存储负极悬浮液；负极悬浮液在第一负极储液装置（103c)、第一负极输液 管路、电池模块、第二负极输液管路和第二负极储液装置（l〇3d)内做周期性往复流动。
3. 如权利要求1所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：所述的储液装置的输液端 口设置有一级阀控装置；一级阀控装置包括第一正极一级阀控装置（l〇4a)、第二正极一级 阀控装置（l〇4b)、第一负极一级阀控装置（104c)和第二负极一级阀控装置（104d);第一正 极一级阀控装置（l〇4a)设置在连接第一正极储液装置（103a)的第一正极输液管路（106a) 上，第二正极一级阀控装置（l〇4b)设置在连接第二正极储液装置（103b)的第二正极输液 管路（106b)上，第一负极阀一级控装置（104c)设置在连接第一负极储液装置（103c)的第 一负极输液管路（l〇6c)上，第二负极阀一级控装置（104d)设置在连接第二负极储液装置 (103d)的第二负极输液管路（106d)上。
4. 如权利要求1所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：每个所述的电池子模块 (101)输液管路设置一套二级阀控装置，所述的二级阀控装置包括第一正极二级阀控装置 (105a)、第二正极二级阀控装置（105b)、第一负极二级阀控装置（105c)和第二负极二级阀 控装置（105d);第一正极二级阀控装置（105a)设置在电池子模块（101) -侧的第一输液 管路（107a)上，第二正极二级阀控装置（105b)设置在电池子模块（101)另一侧的第二输 液管路（l〇7b)上，第一负极二级阀控装置设置（105c)在电池子模块（101) -侧的第三输 液管路（l〇7c)上，第二负极二级阀控装置（105d)设置在电池子模块（101)另一侧的第四 输液管路（l〇7d)上。
5. 如权利要求1所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：所述的多个电池模块共 用一套动力循环装置，动力循环装置包括第一动力循环装置（301a)和第二动力循环装 置（301b)，第一动力循环装置（301a)与第一正极储液装置（103a)和第一负极储液装 置（l〇3c)连接，分别驱动第一正极储液装置（103a)的正极悬浮液和第一负极储液装置 (103c)的负极悬浮液的流入、流出；第二动力循环装置（301b)与第二正极储液装置（103b) 和第二负极储液装置（l〇3d)连接，分别驱动第二正极储液装置（103b)的正极悬浮液和第 二负极储液装置（l〇3d)的负极悬浮液的流入、流出。
6. 如权利要求1或5所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：所述的第一动力循环 装置（301a)和第二动力循环装置（301b)采用同步推、拉式控制方法，共同驱动电极悬浮液 在储液装置、输液管路和电池模块组成的密闭空间内做周期性往复流动； 所述的动力循环装置同步推、拉式的控制方法为：当锂离子液流电池系统开始工作， 动力循环装置启动，第一动力循环装置（301a)推动第一正极储液装置（103a)的正极悬浮 液和第一负极储液装置（l〇3c)的负极悬浮液向电池模块内流入，同时，第二动力循环装置 (301b)拉动第二正极储液装置（103b)的正极悬浮液和第二负极储液装置（103d)的负极悬 浮液从电池模块内流出；以及，第一动力循环装置（301a)拉动第一正极储液装置（103a)的 正极悬浮液和第一负极储液装置（l〇3c)的负极悬浮液向电池模块内流出，同时，第二动力 循环装置（301b)推动第二正极储液装置（301b)的正极悬浮液和第二负极储液装置（103d) 的负极悬浮液从电池模块内流入。
7. 如权利要求1所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：所述的电池模块（102)的 第一正极输液管路（l〇6a)与电池子模块（101)的第一输液管路（107a)连接，电池模块 (102)的第二正极输液管路（106b)与电池子模块（101)的第二输液管路（107b)连接，电池 模块（102)的第一负极输液管路（106c)与电池子模块（101)的第三输液管路（107c)连接， 电池模块（102)的第二负极输液管路（106d)与电池子模块（101)的第四输液管路（107d) 连接；电池模块（102)的输液管路与各电池子模块的输液管路连接模式采用等距对分或等 距多分方式。
8. 如权利要求1所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：所述正极悬浮液为正极活 性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物；正极活性材料颗粒为磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、硅酸 锂、硅酸铁锂、钛硫化合物、钥硫化合物、铁硫化合物、掺杂锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂钒氧 化物、锂钛氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍锰钴氧化物及其它可嵌锂化合物的 一种或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导 电材料中的一种或几种。
9. 如权利要求1所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：所述负极悬浮液为负极活 性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物，负极活性材料颗粒为可逆嵌锂的铝基合金、硅基合 金、锡基合金、锂钒氧化物、锂钛氧化物、碳材料的一种或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨 烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材料中的一种或几种。
10. 如权利要求1所述的锂离子液流电池系统，其特征在于：所述输液管路的材料为聚 乙烯，或聚丙烯，或聚四氟乙烯，或聚偏氟乙烯；或者，所述输液管路的材料为内衬有聚乙烯 或聚丙烯或聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯的合金材料。
【文档编号】H01M8/24GK104064797SQ201410265489
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月14日 优先权日:2014年6月14日
【发明者】张晓虎, 陈永翀 申请人:中国科学院电工研究所