CN111266055B - 一种锂浆料电池储料罐系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂浆料电池储料罐系统的结构和方法，属于大规模储能领域。本发明使用的是传统两储料罐锂浆料电池系统，分别是正极浆料罐和负极浆料罐。本发明的浆料罐与传统浆料罐相比，储料罐可转动，避免浆料沉降；并具有移动式隔层将正/负极进入储料罐的浆料和输出储料罐的浆料分开，减小锂浆料电池反应器和储料罐中浆料的荷电状态差异引起的浓差极化、自放电及安全问题，提高活性物质利用率及充放电容量，实现四储料罐系统的运行效果并节省两个储料罐的成本和占用空间。

Description

一种锂浆料电池储料罐系统
技术领域
本发明属于规模储能领域，涉及锂浆料电池储能器件结构设计，具体涉及一种可旋转并具备移动隔层结构锂浆料电池储料罐系统。
背景技术
随着风能、太阳能等可再生新能源的发展，规模储能可有效解决这类能源由于其不稳定和不连续性等问题造成的并网难题，因此开发低成本，高安全的规模储能电池可有效促进这类能源的利用及发展。锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长等优点，但是，其高的制造成本限制了它在规模储能领域中的应用；液流电池具有功率和容量相互独立的结构设计，适用于规模储能领域，但目前的水系液流电池能量密度偏低。
锂离子浆料电池是一种新型的规模储能方式，它采用锂离子电池电极材料实现高能量密度和全钒液流电池反应器结构实现规模化储能及功率和容量分离。锂浆料电池通过正负极浆料在各自储料罐中流动，进入电池反应器参与充放电反应，然后返回储料罐的循环模式进行工作。目前，锂浆料电池的正负极浆料分别储存在两个储料罐中，使用液泵单方向驱动循环。浆料罐内部会设有搅拌设施，机械搅拌或磁力搅拌，在过充放电循环过程中，这种储料罐会导致具有不同SOC状态下的电极材料混合在一起，造成锂浆料电池反应器和储料罐中浆料的荷电状态差异，并引起的浓差极化、自放电及安全问题。因此，分离正、负极进入浆料和输出浆料可有效解决这一问题。
现有技术中，全钒液流电池的研究中邱新平等人采用了四个储料罐的液流系统，成功避免了不同充放电状态下的反应液的混合，但是这增加了制造成本、占用空间和系统复杂性。
因此，本发明设计可旋转并具有移动隔层结构的两储液罐锂浆料电池系统。
发明内容
本发明提供了一种锂浆料电池储料罐系统，该储料罐系统可在无内部搅拌器下实现均匀化浆料的作用，同时可分离正、负极浆料的进料和出料，避免带有不同荷电状态的电极材料的混合而引起的浓差极化、自放电以及安全问题。
为实现上述目的，本发明通过以下方式实现：
一种锂浆料电池储料罐系统，包括储料罐旋转架、储料罐、进料管、出料管、进料液泵、出料液泵，所述储料罐内部分别装有移动隔层组，移动隔层组包括移动隔层和隔层滑轨。移动隔层组将储料罐分隔为进料腔和出料腔，进而将储料罐的进料和出料分隔开，避免两种带有不同荷电状态的电极材料混合。进料腔和出料腔是根据进出料方向区分而成，进、出料腔命名随运输浆料方向而变化。
所述储料罐左右两侧分别具有进料口和出料口。所述储料罐为直径大于20厘米的圆柱型结构且储料罐一侧具有可拆卸功能的螺旋密封口，有利于储料罐的维护和浆料再生。并且腔体内侧设计有隔层滑轨(5)，供移动隔层层组左右自由移动，腔体螺旋密封盖外侧设置密封带，进一步增加密封效果。
所述的密封带是由聚四氟乙烯分散树脂，聚硫橡胶、有机硅橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯和丙烯酸萘等高分子材料构成。
所述的移动隔层可在腔体内侧滑槽内根据左右腔压力变化而左右移动并具有紧密分隔进料腔和出料腔的作用；所述移动隔层为聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯其中一种或两种及以上任意比例的复合材料。
所述旋转接头通过储料罐的进、出料口连接储料罐和进、出料管，旋转接头可控制在储料罐转动的过程中进、出料管不随之转动。
所述进、出料液泵负责驱动浆料的运输，控制进、出料管双向运输浆料，且进、出料液泵都具有自动化输料功能。
所述储料罐是由铝塑材料、不锈钢、聚四氟乙烯、聚乙烯与聚丙烯任意比例复合材料中的一种构成。
所述储料罐旋转架具有旋转轮与储料罐相扣，控制储料罐的转动及转速，储料罐旋转架由电机驱动或其他驱动方式驱动。
该锂浆料电池的储料罐系统包括正极储料罐系统和负极储料罐系统
这种锂浆料电池储料罐系统的工作方式如下：
本发明的锂浆料分别储存在正、负极储料罐中，浆料充满正负极储料罐，此时移动隔层在储料罐一侧的最顶端，整个储料罐为出料腔，液泵运行时，浆料从出料口进入浆料电池反应器中，经过充放电反应后，浆料从进料口进入到进料腔，移动隔层受到进料压力向出料口移动，经过不断的循环，进料增多，移动隔层不断向出料腔移动，逐渐形成由移动分隔层分出的两个腔；当出料腔的浆料全部经过反应后进入进料腔，完成一次浆料循环。调整液泵运输方向，进料腔变成出料腔，出料腔变成进料腔，进行下一次浆料循环。在浆料输运过程中，储料罐旋转架控制浆料罐转动，使浆料在储料腔内运动，避免浆料发生沉降造成的浆料不均匀情况。
本发明相对于现有技术的优势：
本发明所述的锂浆料电池储料罐中的移动隔层将进料和出料分离，避免不同充放电程度的电极材料混合而引起的浓差极化、自放电及安全问题，同时，避免了采用四个储料罐的复杂体系，降低成本、空间占有及能耗。储料罐旋转架控制储料罐转动功能可保持浆料的均匀性，进一步提高电池的循环稳定性、活性物质利用率及安全性能，同时，避免储料罐内部设置搅拌系统引起的各种复杂问题。
附图说明
为了清楚说明本发明具体实施方案，附图说明，附图是本发明的一些实施方式，本发明在本技术领域可根据这几张附图获得其他实施方式和其他附图。
图1是该锂浆料电池储料罐系统的结构示意图；
图2是储料罐包括储料罐旋转架的截面图。
图3是该旋转接头的结构示意图(a)和截面图(b)。
图中：1,11-进、出料管；2,12-进、出料液泵；3,13-旋转接头；4,14-进、出料口；5.隔层滑轨；6,15-进、出料腔；7-储料罐旋转架；8-移动隔层；9-储料罐；10-螺旋密封口；200-储料罐支架卡槽；300-旋转接头接口；301-旋转接头接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，本发明所描述的具体实施方式仅用于说明本发明，不仅局限于以下实施例。
实施例1
如图1所示，本实施案例提供一种锂浆料电池储料罐系统，包括正极储料罐系统和负极储料罐系统，正负极储料罐系统结构相同。具体储料罐系统包括罐料罐旋转架，储料罐、进料管、出料管、液泵。其中储料罐中装有移动隔层组。其中，所述浆料罐外侧由铝塑材料构成，移动隔层组由聚乙烯材料构成，进料管和出料管由聚乙烯材料构成。
本案例中，正、负极储料罐的内径为20厘米，移动隔层的直径为20厘米。锂浆料电池的运行模式为间歇式。间歇式液泵的输液速度不限。储料罐在锂浆料电池运行前，先标记右侧腔为出料腔，通过出料管和液泵从出料口将制备好的浆料注入到出料腔中，此时，移动隔层受浆料压力影响，不断地向储料罐的左侧移动，当出料腔占据整个储料罐并全部充满浆料，移动隔层被正极浆料产生的压力推至最左侧，贴近进料口。启动储料罐架转动设备，带动储料罐转动，设置储料罐旋转速度为0.5转/分钟。
正、负极浆料通过启动正、负极各自的液泵从储料罐的出料口入到锂浆料电池反应器中进行充放电反应。通过反应器容积大小和充放电模式设置，调控液泵运行模式和运行时间。当反应器充满正、负极浆料后，液泵停止工作；完成充放电所设置程序后，液泵重新启动工作，将正、负极罐中的浆料从出料口，经出料管进入锂浆料电池反应器取代反应后的浆料，反应后的浆料受压力作用，从进料管经过进料口推动移动隔层进入进料腔中，直到反应器中的反应完成的浆料完全被从出料腔中的没经过反应的浆料取代，液泵停止工作，继续新的充放电反应程序。重复上述工作，直到正、负极出料腔的浆料全部经出液口排出，经过反应器完成充放电反应，进一步通过进料管上装置的液泵将最后反应器中完成反应的浆料输入到进料腔。此时，移动隔层受浆料产生的压力作用移动至最左侧。
调整液泵的输送反向，使原来的进料腔变为出料腔，出料腔调整为进料腔。通过控制输液泵，将正、负浆料从各自新的出料腔经过各自出料口和各自出料管进入到锂浆料电池反应器中进行充放电反应程序。类似地，反应器中的正、负浆料完成反应后，液泵从出料腔输入正、负极浆料进入反应器，反应后的浆料通过进料管进入新标记的进料腔。类似地，重复上述工作，直到正、负极出料腔的浆料全部经过出料口排出，经过反应器完成充放电程序，进一步通过进料管上装置的液泵将最后反应器中完成反应的浆料输入到进料腔。此时，移动隔层受浆料产生的压力作用移动至最右侧。类似地，调整正、负极进料口和出料口的位置以及调换进出料口，进行锂浆料电池的充放电循环过程。
实施例2
在实施案例1的基础上，本案例提供锂浆料电池的运行模式为连续流动式的储料罐工作方式。
正、负极浆料通过启动正、负极各自的液泵从正、负极储料罐的出料口进入到锂浆料电池反应器中进行充放电反应。通过充放电程序设置调控液泵输入速度，不断地从将正、负级浆料从正负极出料口经正、负极出料管输运到反应器，而后经过反应通过进料管输送到进料腔，随着进料腔浆料的不断增加推动移动隔层不断地向出料腔方向移动，直到出料腔的浆料完全输出，经过反应器完成充放电反应程序和进料液泵的驱动，完全进入到进料腔。然后，同实施案例1相同，调整正、负极进出料口位置并调整液泵的输运方向，调换进出料腔，继续进行又一次的浆料输运循环工作。
本实施例的其他内容与实施例1相同。
实施例3
在实施案例1的基础上，本案例提供几种正、负极储料罐，移动隔层组，进出料管的构成材料，本实施案中正、负极储料罐，移动隔层组，进出料管的构成材料例按任意方式组装组成且不限于这几种材料，正、负极储料罐由不锈钢、铝塑板、聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯按任意比例复合材料构成；移动隔层组材料和进出料管材料采用聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯这几种材料中的一种或两种及两种以上按任意比例复合构成，如表1所示且不限于表1的组合：
表1正负极储料罐、移动隔层组、进出料管的构成材料
序号 正负极储料罐材料 移动隔层组材料 进出料管材料
1 不锈钢 聚四氟乙烯 聚乙烯
2 聚四氟乙烯 聚丙烯@聚乙烯(1:1) 聚丙烯
3 聚乙烯@聚丙烯(1:1) 聚偏氟乙烯 聚偏氟乙烯
4 聚乙烯@聚丙烯(2:1) 聚乙烯 聚乙烯@聚丙烯(1:1)
5 聚乙烯@聚丙烯(1:2) 聚丙烯 聚四氟乙烯
本实施例的其他内容与实施例1相同。
实施例4
在实施案例1的基础上，本案例提供储料罐旋转速度为0.5转/分钟，其他转动速度都属于本专利的权利保护范围。本实施例的其他内容与实施例1相同。
实施例5
在实施案例1的基础上，本案例提供几种正极储料罐内径、负极储料罐内径、移动隔层组内径，但其内径大小包括但不限于表中内径，类似结构的不同尺寸的正、负极储料罐都属于本专利的权利保护范围，如表2所示：
表2正、负极储料罐尺寸和移动隔层尺寸
序号 正极储料罐内径/厘米 正极储料罐内径/厘米 移动隔层组内径/厘米
1 40 40 40
2 50 50 50
3 60 60 60
4 70 70 70
5 80 80 80
6 90 90 90
7 100 100 100
8 120 120 120
9 150 150 150
10 200 200 200
本实施例的其他内容与实施例1相同。
以上实施例仅为说明本发明，不是对实施方案的限定。本发明的技术性范围不仅限于实施案例内容。由本发明权利要求范围所引申的技术在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种锂浆料电池储料罐系统，其特征在于：所述锂浆料电池储料罐系统包括储料罐旋转架(7)，固定在旋转架上的储料罐(9)，储料罐内部的移动隔层(8)，移动隔层(8)将储料罐(9)分隔为进料腔(6)和出料腔(15)，旋转接头(3和13)，进、出料管(1和11)，进、出料管上安装的进、出料液泵(2和12)，负责驱动浆料的运输，进料和出料按照浆料的运输方向而定，而运输方向根据实际运行情况可切换，因此进料管在切换运输方向后变为出料管，出料管变为进料管，进、出料液泵(2和12)负责驱动浆料的运输，控制进、出料管(1和11)双向运输浆料，且进、出料液泵都具有自动化输料功能，储料罐(9)为直径大于20厘米的圆柱型结构且储料罐一侧具有可拆卸功能的螺旋密封口(10)，有利于储料罐的维护和浆料再生，并且腔体内侧设计有隔层滑轨(5)，供移动隔层层组左右自由移动，腔体螺旋密封口外侧设置密封带，进一步增加密封效果，储料罐(9)是由铝塑材料、不锈钢、聚四氟乙烯、聚乙烯与聚丙烯任意比例复合材料中的一种构成。
2.根据权利要求1所述的锂浆料电池储料罐系统，其特征在于：所述储料罐(9)两端分别具有进、出料口(4和14)，其直径小于储料罐(9)直径的1/2。
3.根据权利要求1所述的锂浆料电池储料罐系统，其特征在于：所述旋转接头(3和13)通过储料罐的进、出料口(4和14)连接储料罐(9)和进、出料管(1和11)，具有控制在储料罐转动的过程中，进、出料管不随之转动的作用。
4.根据权利要求1所述的锂浆料电池储料罐系统，其特征在于：所述的储料罐(9)内部装有移动隔层(8)，移动隔层(8)将储料罐(9)分隔为进料腔(6)和出料腔(15)，进而将储料罐的进料和出料分隔开，避免两种带有不同荷电状态的电极材料混合，进料腔和出料腔根据进、出料方向区分而成，不固定具体哪端为进、出料腔。
5.根据权利要求1所述的锂浆料电池储料罐系统，其特征在于：所述的移动隔层可在腔体内侧滑槽内根据左右腔压力变化而左右移动并具有紧密分隔进料腔和出料腔的作用。
6.根据权利要求1所述的锂浆料电池储料罐系统，其特征在于：所述移动隔层为聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯其中一种或两种及以上任意比例的复合材料。
7.根据权利要求1所述的锂浆料电池储料罐系统，其特征在于：所述储料罐旋转架(7)具有旋转轮与储料罐相扣，控制储料罐的转动及转速，储料罐旋转架(7)由电机驱动或其他驱动方式驱动。
8.根据权利要求1所述的锂浆料电池储料罐系统，其特征在于：该锂浆料电池的储料罐系统包括正极储料罐系统和负极储料罐系统。
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