本发明专利技术公开了一种新型大容量一次锂液流贮备电池装置，包括：储液部，容纳有具有流动性的由正极活性物质和电解液组成的混合溶液；反应部，该反应部具有正极和负极，所述正极为形成在集流体上的复合碳材料正极载体，所述负极为由碱金属或其合金，所述正极和负极之间形成有流体可以流过的通道；流体驱动部，驱动所述混合溶液流过所述反应部的通道，并在所述通道与所述正极和负极发生电化学反应。本发明专利技术高率输出性能好，可适应大电流密度放电，较宽使用温度范围。且由于液体的不断循环，使得电池散热性能大大提高，从而使得安全性能得以保证。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池
特别是涉及一种新型大容量一次锂液流贮备电池。
技术介绍
以非水无机溶剂如SOCl2 (亚硫酰氯)、SO2Cl2 (硫酰氯)、POCl3 (磷酰氯)、POFCl2 (磷酰氯)和某些无机盐组成的无机电解质电池，是近年发展起来的新型高能化学电源。在非水无机电解质电池中，Li-SOCl2(亚硫酰氯)电池性能最为优异。1971年美国GTE公司开始研制，Li-SOCl2(亚硫酰氯)电池。目前，越来越多的国家开始使用该体系电池。D型高倍率电池，放电电流高达3A，电压3. 2V，容量12Ah，比能量396Wh/Kg。Li-SOCl2( 亚硫酰氯)电池是目前世界上实际应用的电池中比能量最高的一种电池。电池容量可以由几百mAh到几万mAh。锂/ 二氧化硫(Li/S02)电池作为一种高能量密度的一次锂离子电池在很早就已经得到广泛应用，是目前研制的有机电解液一次电池中，综合性能最好的一种电池。Li/S02电池具有很多优点(1)比能量高，额定电压3V，一般工作电压在2. 7 2.8V，终止电压2. 0V。比能量高达330Wh/kg。(2)电压平稳，电池放电电压在输出容量的80内保持不变。(3)高功率，可适应10 50mA/cm电流密度放电，工作电压仍能保持在2. 3V以上。(4)低温性能好。以上所述几种电池在多个领域有着重要用途，特别是在军事领域该体系电池是十分重要电池系列，用于发报机、夜视仪、导弹点火、声纳浮标、无线电定位和飞行员急救等，在民用方面也得到广泛应用，如工业监控与遥测、测距仪、测烟器和记忆电路等。随着该体系电池应用范围不断扩大，人们对该体系电池的能量密度和安全性提出了更高的要求，然而就目前体系而言，能量密度已接近极限，提升空间有限，且安全性能方面由于负极采用活性极高的金属锂，使得该电池不但在长期贮存过程中存在一定安全性问题，而且在电池工作过程中由于电池发热导致局部温度升高，使得该体系电池存在较大安全隐患。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述电池体系中存在的功率密度低，安全性能差等不足之处，提出采用使活性物质以液体性质流动循环起来的新型大容量一次锂液流贮备电池。本专利技术的一种新型大容量一次锂液流贮备电池包括储液部，容纳有具有流动性的由正极活性物质和电解液组成的混合溶液；反应部，该反应部具有正极和负极，所述正极为形成在集流体上的复合碳材料正极载体，所述负极为为碱金属或其合金，所述正极和负极之间形成有流体可以流过的通道；流体驱动部，驱动所述混合溶液流过所述反应部的通道，并在所述通道与所述正极和负极发生电化学反应。优选地，所述正极活性物质选自S0C12、S02、S02C12、SC12、SC14、S04、PC13、PC15、P0C13中的一种或多种，正极活性物质可以是液态、气态一种或两相混合组成。优选地，所述的正极活性物质在电解液中的浓度范围在0. I 10mol/L。优选地，所述的复合碳材料正极载体包括导电物质碳和粘结剂，导电物质碳可以是乙炔黑、石墨、石墨烯、多孔碳、碳纳米管、碳纤维、氮掺杂碳、粘结剂可以是聚四氟乙烯(PTFE)或聚氯乙烯(PVC)。优选地,所述碱金属为金属锂，碱金属合金为锂合金。优选地，所述电解液采用有机电解液或离子液体，所使用的锂盐选自LiAlCl4、·LiGaCl4, LiB10Cl10, LiBr, LiPF6, LiAsF6, LiSbF6, LiBF4, LiClO4, LiCF3S03、LiC4F9SO3^LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02)，其中，X 和 y 是自然数，LiBFz(CF3)4_Z，其中 z ( 4 的自然数，所述锂盐的浓度为O. 5 2. OmoI/Lο优选地，所述有机电解液采用的有机溶剂为乙腈(AN)、丙烯碳酸酯(PC)、乙烯碳酸酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC);所述离子液体有以下种类一种或多种构成，具体为1-己基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐0TS1-丁基-3-甲基咪唑、N, N- 二烷基荒氨酸盐BDTCU- 丁基-3-甲基咪唑烷基三硫代碳酸盐TTC、三己基十四烷基磷四氮唑盐 、三己基十四烷基磷咪唑盐 、I-乙基-3-甲基咪唑四氮唑盐 、I-丁基-3-甲基咪唑烷氧基二硫代碳酸盐 OTDCU-乙基-3-甲基咪唑三氰甲盐( TCCN、I-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐DCN。优选地，所述集流体可以是镍、不锈钢，也可以是碳类负极材料，如石墨、中间相炭微球(MCMB)、硬碳球、多孔碳、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、氮掺杂的碳等一种或是多种混合物构成。优选地，所述流体驱动部为流体泵，所述流体泵驱动所述混合溶液流过所述反应部的通道，经过反应的流体再流回所述储液部。本专利技术较其它类型电池最大的不同是其正极活性物质呈液态，既是活性物质又是电解质组份，且将液态的活性物质和电解液混合，形成一种具有一定流动性的溶液，并将其储存在储液部中，工作时将溶液通过流体驱动部泵入反应室中，且不断循环流动，液态活性物质通过导电添加剂与集流体实现电子转移和传递，电化学反应在碳表面进行，生成的放电产物可以随着液体流动而带出反应室，较固态活性物质而言，由于其反应面积很大，反应充分且迅速，而不受固体离子扩散的限制，使其具有高速率放电的能力以及良好的低温性能。高率输出性能好，可适应大电流密度放电，较宽使用温度范围。且由于液体的不断循环，使得电池散热性能大大提高，从而使得安全性能得以保证。附图说明图Ia为本专利技术无隔膜的电池装置结构示意图，图Ib为本专利技术有隔膜的电池装置结构示意图。图2为本专利技术Li/S02体系电池典型的放电测试曲线图。其中V为电压；mAh为容量。图3为本专利技术Li/S0Cl2体系电池典型的放电测试曲线图。其中V为电压；mAh为容量。图4为本专利技术Li/S02Cl2体系电池典型的放电测试曲线图。其中V为电压；mAh为容量。图5为本专利技术Li/S2Cl2体系电池典型的放电测试曲线图。其中V为电压；mAh为容量。具体实施例方式本专利技术的反应机理是以金属锂为负极Li-SOCl2 (亚硫酰氯)电池为例4Li+2S0Cl2 — S+S02+4LiCl(I)放电产物SO2部分溶解于SOCl2中，S大量析出，沉积在正极炭黑中。LiCl是不溶物。以金属锂为负极Li/S02电池为例2Li+2S02 — Li2S2O4(2)Li/S02电池负极材料是金属锂。正极载体材料是复合碳电极，正极活性物质是溶于电解质溶液的SO2,电池在放电时，二氧化硫作为阴极活性物质在电极材料表面还原成S2O42'锂离子穿过电解质扩散到正极区，与正极还原产物S2042_结合成连Li2S2O4的白色沉淀。它不溶与电解液.而充填于复合碳电极表面和孔穴中。同理以下其他的正极活性物质反应见各自反应式，在此不再详细描述。2Li+2S02Cl2 — S02+2LiCl(2)2Li+PCl5 — PCl3+2LiCl(3)2Li+S2Cl2 — 2S+2LiCl(4)下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的说明。实施例I一种新型大容量一次锂液流贮备电池Li-SOCl2 (亚硫酰氯)体系电池，如图Ia所示，具有储液部I、反应部2和流体驱动部3，储液部I容纳有具有流动性的由正极活性物质和电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型大容量一次锂液流贮备电池装置，其特征在于，包括：储液部，容纳有具有流动性的由正极活性物质和电解液组成的混合溶液；反应部，该反应部具有正极和负极，所述正极为形成在集流体上的复合碳材料正极载体，所述负极为由碱金属或其合金，所述正极和负极之间形成有流体可以流过的通道；流体驱动部，驱动所述混合溶液流过所述反应部的通道，并在所述通道与所述正极和负极发生电化学反应。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇胜，索鎏敏，李泓，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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