CN113437353A - 一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，包括第一集流层、隔膜、位于所述第一集流层和所述隔膜之间的第一反应腔、位于所述第一反应腔中并同时与所述第一集流层和所述隔膜形成接触的第一多孔集流体、位于所述第一反应腔中并与所述第一多孔集流体接触的第一活性悬浮液，所述第一活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料，所述第一集流层靠近所述隔膜侧设置有第一凹槽。通过去除活性悬浮液中的导电剂降低其粘度，然后在反应腔中固定有多孔集流体，利用该多孔集流体的三维导电骨架提供电子传导网络，可同时达到降低活性悬浮液粘度和保障有效的电子传导的目的。

Description

一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池。
背景技术
近年来，我国风电和光伏发电规模获得了长足的发展，截止2018年底，它们的装机容量已分别达184GW和175GW，合计占全部电力装机的18.9％。然而，由于风能和太阳能具有间歇性、不可控等特征，大规模地直接并网会给电网的稳定性和安全性带来巨大冲击。因此，目前急需发展高效的大型储电装置以解决发电和用电时间不匹配的问题以及保证电能的平滑输出。在众多的储电系统中，化学电池因其地理位置选取灵活、响应速度快、能量转换效率高等优点，具有大规模储电的应用和发展前景。
液流电池具有容量和功率可分别独立设计的特点，在大规模拓展容量时，有利于简化电池堆结构和降低成本，适合作为大规模的电网储电设备。但是，液流电池仍存在能量密度低的问题。以全钒液流电池为例，受限于水性电解液的电解电压(约为1.5V)和钒离子的溶解度(约为1～2mol/L)，其能量密度仅为40Wh/L左右，约为锂离子电池的1/5～1/10，大幅增加了其建设成本、限制了其应用范围。尽管添加活性剂能一定程度上提高钒离子的溶解度，但实际可获得的浓度最大仅为3mol/L左右。将常规的单相电解液转变为含有大量活性物质颗粒的固-液两相悬浮液，从而突破溶解度的限制以达到大幅增加活性物质的目的，是近年发展起来的崭新思路。美国麻省理工学院Yet-Ming Chiang等人首次将嵌锂材料、碳黑导电剂及电解液形成的活性悬浮液应用到液流电池中，提出了流动式锂离子电池的概念，该新型电池(其结构如图1所示)在C/8的放电倍率下可获得134mAh/g的容量密度和80％的库伦效率，理论能量密度可达300～500Wh/L，展示出良好的发展潜力。
然而，现有流动式锂离子电池的活性悬浮液需加入大量的导电碳黑颗粒，使其在空间上形成连续的动态导电网络，因此，存在活性悬浮液粘度高、易堵塞流道、泵功损耗大等问题。例如Yet-Ming Chiang等人最初提出的钴酸锂悬浮液粘度就高达2000cP。目前，添加表面活性剂、筛选和优化导电剂材料是常规降低活性悬浮液粘度的方法，但改善效果仍有限。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，旨在解决现有流动式锂离子电池中的活性悬浮液的粘度高的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其中，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池包括第一集流层、隔膜、位于所述第一集流层和所述隔膜之间的第一反应腔、位于所述第一反应腔中并同时与所述第一集流层和所述隔膜形成接触的第一多孔集流体、位于所述第一反应腔中并与所述第一多孔集流体接触的第一活性悬浮液，所述第一活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料，所述第一集流层靠近所述隔膜侧设置有第一凹槽。
可选地，所述第一多孔集流体的材料选自碳纤维材料、石墨材料、金属材料中的一种。
可选地，所述碳纤维材料选自碳纸、碳布、碳毡中的一种，所述石墨材料选自石墨泡沫、膨胀石墨、石墨毡中的一种，所述金属材料选自泡沫铜、泡沫镍、泡沫钛、泡沫铝中的一种。
可选地，所述第一多孔集流体的厚度为0.01-5mm，和/或，所述第一多孔集流体的孔隙率为30％-99％，和/或，所述第一多孔集流体的孔径为0.1-100μm。
可选地，所述第一凹槽的深度为0.05-5mm。
可选地，所述第一凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种。
可选地，所述第一集流层的厚度为1-20mm，和/或，所述第一集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。
可选地，所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种，或，所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种。
可选地，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池还包括与所述第一集流层相对设置在所述隔膜两侧的第二集流层、位于所述第二集流层和所述隔膜之间的第二反应腔、位于所述第二反应腔中并同时与所述第二集流层和所述隔膜形成面接触的第二多孔集流体、位于所述第二反应腔中并与所述第二多孔集流体接触的第二活性悬浮液，所述第二活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料，所述第二集流层靠近所述隔膜侧设置有第二凹槽，当所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种时，所述具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种，当所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种时，所述具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种。
可选地，所述第二凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种。
有益效果：本发明提供了一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，通过去除活性悬浮液中的导电剂，使得活性悬浮液具有较小的粘度，然后在集流层和隔膜之间的反应腔中固定有与隔膜和集流层同时形成接触的多孔集流体，利用该多孔集流体的三维导电骨架提供导电率高和稳定的电子传导网络，当活性悬浮液与多孔集流体接触时，可以实现电子的传输。因此，本发明提供的流动式锂离子电池可同时达到降低活性悬浮液粘度和保障有效的电子传导的目的。此外，为了进一步加强活性悬浮液的流动性，减少驱动悬浮液流动所需的能量，本发明中集流层靠近所述隔膜侧设置有凹槽，活性悬浮液在凹槽中流动，加强了活性悬浮液的流动性，提高了活性悬浮液的均一性，降低活性悬浮液流经电池的进出口压降，减少驱动悬浮液流动所需要的能量。
附图说明
图1为现有技术中入流式流场结构的流动式锂离子电池的结构示意图。
图2中(a)为现有技术中入流式流场结构的流动式锂离子电池的集流体、隔膜、反应腔的截面结构示意图，图2中(b)为本发明实施例中旁流式流场结构的流动式锂离子电池的集流体、隔膜、反应腔中的截面结构示意图。
图3为本发明实施例1中30LFP-5KB、10LFP、20LFP、30LFP、40LFP在不同剪切速率下粘度测试结果图。
图4为本发明实施例2中经过充放电测试后的含有碳毡、碳纸、碳布的纽扣电池中的碳毡、碳纸、碳布的SEM图。
图5中(a)为本发明实施例2中含有碳毡、碳纸、碳布的纽扣电池的0.2C/0.2C充放电曲线图，图5中(b)为本发明实施例2中含有碳毡的纽扣电池不同电流密度下的充放电曲线图。
图6a为本发明实施例3中入流式流场结构的流动式锂离子电池本体结构示意图。
图6b为本发明实施例4中旁流式流场结构的流动式锂离子电池本体结构示意图。
图7中(a)为本发明实施例3中入流式流场结构的流动式锂离子电池采用模式一的参数进行测试的结果图，图7中(b)为采用模式二的参数进行测试的结果图，图7中(c)为采用模式三的参数进行测试的结果图。
图8为本发明实施例中入流式流场结构的流动式锂离子电池悬浮液流动截面示意图，其中，101—正极集流层；102—负极集流层；103—隔膜；104—多孔集流体；105—正极悬浮液；106—负极悬浮液。
图9a为本发明实施例中旁流式流场结构的流动式锂离子电池悬浮液流动截面示意图，其中，201—正极集流层；202—正极流道；203—负极集流层；204—负极流道；205—隔膜；206—多孔集流体；207—正极悬浮液；208—负极悬浮液。
图9b为本发明实施例4中旁流式流场结构的流动式锂离子电池集流层内凹槽示意图，其中，301—集流层；302—流道；303—悬浮液。
图10为本发明实施例4中入流式流场结构的流动式锂离子电池不同浓度悬浮液的压降数据图。
图11为本发明实施例4中旁流式流场结构的流动式锂离子电池不同浓度悬浮液的压降数据图。
图12为本发明实施例4中旁流式流场结构的流动式锂离子电池在连续流动模式下的充放电曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有流动式锂离子电池的活性悬浮液需加入大量的表面积较大的导电碳黑颗粒，使空间上形成连续的动态导电网络，而大量的表面积较大的导电碳黑的加入会使得活性悬浮液具有较大的粘度。因此，现有的流动式锂离子电池存在活性悬浮液粘度高的问题，该问题可进一步导致堵塞流道、泵功损耗大等问题。且现有流动式锂离子电池都采用入流式流场结构，其结构示意图如图1所示，包括正极电解液储液罐、正极泵、负极电解液储液罐、负极泵、正极集流层、负极集流层、隔膜，位于正极集流层与隔膜之间的正极反应腔(流道)、位于负极集流层与隔膜之间的负极反应腔(流道)，所述正极泵用于实现正极悬浮液(例如：由磷酸铁锂、碳黑和电解液组成)在正极电解液储液罐与正极反应腔连接而成的正极循环回路中流动，所述负极泵用于实现负极悬浮液在负极电解液储液罐与负极反应腔连接而成的负极循环回路中流动。其集流体、隔膜、反应腔的截面结构示意图如图2中(a)所示，在反应腔中，存在大量的导电碳黑以形成导电网络，当锂离子电池进行充放电时通过导电碳黑进行电子传输。
本发明实施例基于现有入流式流场结构的流动式锂离子电池的活性悬浮液由于加入导电碳黑具有较高粘度的问题，对现有入流式流场结构的流动式锂离子电池的部分结构和活性悬浮液进行改进，具体为，去除活性悬浮液中的导电剂，并将该活性悬浮液所在的正极或负极反应腔中加设多孔集流体，该多孔集流体为去除了导电剂的活性悬浮液提供导电网络，进而本发明实施例提供了一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其中，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池包括第一集流层、隔膜、位于所述第一集流层和所述隔膜之间的第一反应腔，位于所述第一反应腔中并同时与所述第一集流层和所述隔膜形成接触的第一多孔集流体，位于所述第一反应腔中并与所述第一多孔集流体接触的第一活性悬浮液，所述第一活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料，所述第一集流层靠近所述隔膜侧设置有第一凹槽。本发明实施例中的第一活性悬浮液中不加入导电剂(第一活性材料与第一活性悬浮液的体积比可根据实际需要设置)使得第一活性悬浮液具有较小的粘度，然后在反应腔中固定有与隔膜和第一集流层同时形成接触的第一多孔集流体，利用该第一多孔集流体的三维导电骨架提供导电率高和稳定的电子传导网络，当第一活性悬浮液与第一多孔集流体接触时，可以实现电子的传输。本发明实施例提供的流动式锂离子电池可同时达到降低活性悬浮液粘度和保障有效的电子传导的目的，使得高活性物质含量的悬浮液(高能量密度)的应用更为可行。此外，为了进一步加强活性悬浮液的流动性、减少驱动悬浮液流动所需的能量，本实施例中，将旁流式流场结构运用于流动式锂离子电池，所述第一集流层靠近所述隔膜侧设置有向远离所述隔膜的方向凹陷的第一凹槽，该第一凹槽可作为活性悬浮液流动的流道，活性悬浮液在集流层的凹槽中流动，减小流动式电池内部电子与锂离子的传质阻力，加强活性悬浮液的流动性，提高活性悬浮液的均一性，降低活性悬浮液流经流动式锂离子电池的进出口压降，减少驱动活性悬浮液流动所需能量，在流动式电池设计时可减小隔膜与集流层之间的距离。
本实施例中，在第一活性悬浮液中不加入导电剂，降低了第一活性悬浮液的粘度，在第一集流体层和隔膜之间设置第一多孔集流体，利用该第一多孔集流体的三维导电骨架提供导电率高和稳定的电子传导网络，当第一活性悬浮液与第一多孔集流体接触时，可以实现电子的传输。同时采用旁流式流场结构，可使第一活性悬浮液流过电池的进出口压降显著减小、降低驱动第一活性悬浮液流动所需能量损耗；可提升第一活性悬浮液均一性、降低电池浓差极化；可缩短集流层与隔膜之间距离、减小锂离子与电子传导阻力、利于降低欧姆损失，提升电化学性能。
本实施例中，所述第一多孔集流体同时与所述第一集流层和所述隔膜形成接触，也就是说，第一多孔集流体的一侧面与第一集流层中与凹槽相对应的凸台紧密接触，第一多孔集流体的另一侧面与隔膜紧密接触。
本实施例中集流体、隔膜、反应腔的截面结构示意图如图2中(b)所示，第一多孔集流体位于第一集流层和隔膜构成的第一反应腔中并同时与隔膜和第一集流层接触，形成导电网络，当流动式锂离子电池充放电时进行电子传输使得活性物质发生脱嵌锂离子的反应，第一活性悬浮液中不含有导电剂，粘度较小。而现有技术中集流体、隔膜、反应腔的截面结构示意图如图2中(a)所示，在反应腔中，存在大量的导电碳黑以形成导电网络，当流动式锂离子电池进行充放电时通过导电碳黑进行电子传输使得活性物质发生脱嵌锂离子的反应，活性悬浮液粘度较大。
本实施例中，所述位于所述第一反应腔中并与所述第一多孔集流体接触的第一活性悬浮液，具体为所述位于所述第一反应腔中并与所述第一多孔集流体流动接触或静止接触的第一活性悬浮液，此处的接触为所述第一多孔集流体全部或者部分浸在流动或静止的第一活性悬浮液中。
在一种实施方式中，所述第一反应腔设置有入口和出口，所述第一活性悬浮液从所述第一反应腔的入口进入流经所述第一多孔集流体，然后从所述第一反应腔的出口流出。
在一种实施方式中，所述流动式锂离子电池还可包括第一动力装置、第一储液罐、第一管道，所述第一动力装置、所述第一储液罐与所述第一反应腔通过所述第一管道形成循环回路，所述第一动力装置推动所述第一活性悬浮液在所述第一储液罐与所述第一反应腔形成的循环回路中循环。
在一种实施方式中，所述第一集流层的材料选自铝、铝合金、不锈钢、银、锡、镍、钛、铜等中的一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述第一多孔集流体的材料选自碳纤维材料、石墨材料、金属材料中的一种。
在一种实施方式中，所述碳纤维材料选自碳纸、碳布、碳毡中的一种，所述石墨材料选自石墨泡沫、膨胀石墨、石墨毡中的一种，所述金属材料选自泡沫铜、泡沫镍、泡沫钛、泡沫铝中的一种。
本实施方式中的膨胀石墨由于是粉体材料，所以具体实施时，需要将其制作成柔性薄片。
在一种实施方式中，所述第一多孔集流体的厚度为0.01-5mm。该厚度可以形成稳定的导电网络，既保证电子的传导又为第一活性材料颗粒提供更多的反应位点，以保证良好的电化学性能。
在一种实施方式中，所述第一多孔集流体的孔隙率为30％-99％，该孔隙率可以保证第一活性悬浮液顺利的流过，实现第一反应腔中的与外部(例如第一储液罐中)的第一活性悬浮液的循环。
在一种实施方式中，所述第一多孔集流体的孔径为0.1-100μm。该孔径可以保证第一活性悬浮液顺利的流过。
在一种实施方式中，所述电解液包括溶质和溶剂，所述溶质选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂中的一种或多种，所述溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述隔膜的材料选自不导电的多孔聚合物或不导电的无机非金属材料。本实施方式的隔膜的作用是允许锂离子通过而阻隔电子通过。
在一种实施方式中，所述不导电的多孔聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述不导电的无机非金属材料选自玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料的体积占所述第一活性悬浮液体积的5％-70％。
在一种实施方式中，所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种，或，所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自纳米硅、钛酸锂中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述第一凹槽的深度为0.05-5mm。也就是说从隔膜指向第一集流层的方向上第一凹槽的深度为0.05-5mm。
在一种实施方式中，所述第一凹槽在所述第一集流层平面方向的宽度为0.05-5mm，但小于第一集流层的宽度或长度。
在一种实施方式中，所述第一凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种。当所述第一凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的多种时，第一凹槽的形状为以上几种形状的组合。
在一种实施方式中，所述第一集流层的厚度为1-20mm。
在一种实施方式中，所述第一集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。
在一种实施方式中，所述第一集流层的厚度为1-20mm，所述第一集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。
需要说明的是，本发明上述第一集流层、第一反应腔、第一多孔集流体、第一活性悬浮液、第一活性材料、第一凹槽中的“第一”并不具有限定作用，只是为了与下文中的“第二”相区分。在锂离子电池中一般分为正极和负极，上述的“第一”和下文中的“第二”可分别指代锂离子电池不同的两极。在本发明基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池中，该“第一”可以指正极也可以指负极，当该“第一”指正极时，所述第一集流层、第一反应腔、第一多孔集流体、第一活性悬浮液、第一活性材料、第一凹槽分别为正极集流层、正极反应腔、正极多孔集流体、正极活性悬浮液、正极活性材料、正极凹槽；当该“第一”指负极时，所述第一集流层、第一反应腔、第一多孔集流体、第一活性悬浮液、第一活性材料分别为负极集流层、负极反应腔、负极多孔集流体、负极活性悬浮液、负极活性材料、负极凹槽。同理，下文中的“第二”也可以指正极或负极，但上述的“第一”和下文中的“第二”，不可同时指正极或同时指负极。
也就是说，本发明上述实施例中，可在基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池的正极反应腔中设置多孔集流体，在正极集流层设置凹槽结构，同时正极活性悬浮液中不包括导电剂，也可在基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池的负极反应腔中设置多孔集流体，在负极集流层设置凹槽结构，同时负极活性悬浮液中不包括导电剂。
此外，本发明中，除了在正极反应腔或者负极反应腔中设置多孔集流体、在正极集流层或负极集流层设置凹槽结构外，还可以同时在正极反应腔和负极反应腔设置多孔集流体，在正极集流层和负极集流层同时设置凹槽结构且正极活性悬浮液和负极活性悬浮液同时不包括导电剂。
因此，在一种实施方式中，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池还包括与所述第一集流层相对设置在所述隔膜两侧的第二集流层、位于所述第二集流层和所述隔膜之间的第二反应腔、位于所述第二反应腔中并同时与所述第二集流层和所述隔膜形成接触的第二多孔集流体、位于所述第二反应腔中并与所述第二多孔集流体接触的第二活性悬浮液，所述第二活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料，所述第二集流层靠近所述隔膜侧设置有第二凹槽，当所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种时，所述具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种，当所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种时，所述具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种。
本实施例中，所述第二多孔集流体同时与所述第二集流层和所述隔膜形成接触，也就是说，第二多孔集流体的一侧面与第二集流层中与凹槽相对应的凸台紧密接触，第二多孔集流体的另一侧面与隔膜紧密接触。
本实施例中，所述位于所述第二反应腔中并与所述第二多孔集流体接触的第二活性悬浮液，具体为所述位于所述第二反应腔中并与所述第二多孔集流体流动接触或静止接触的第二活性悬浮液，此处的接触为所述第二多孔集流体全部或者部分浸在流动或静止的第二活性悬浮液中。
需要说明的是，在本发明的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池中，该“第二”可以指正极也可以指负极，当上述“第一”指正极时，此处的“第二”便指负极，则所述第二集流层、第二反应腔、第二多孔集流体、第二活性悬浮液、第二活性材料、第二凹槽分别为负极集流层、负极反应腔、负极多孔集流体、负极活性悬浮液、负极活性材料、负极凹槽；当上述“第一”指负极时，此处的“第二”便指正极，则所述第二集流层、第二反应腔、第二多孔集流体、第二活性悬浮液、第二活性材料、第二凹槽分别为正极集流层、正极反应腔、正极多孔集流体、正极活性悬浮液、正极活性材料、正极凹槽。
下面以将多孔集流体设置在正极反应腔中且正极活性悬浮液中不包括导电剂且在正极集流层设置凹槽且省略了流动式锂离子电池负极一侧为例进行介绍：
本发明实施例提供一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，包括正极集流层、隔膜、位于所述正极集流层和所述隔膜之间的正极反应腔、位于所述正极反应腔中并同时与所述正极集流层和所述隔膜形成接触的正极多孔集流体、位于所述正极反应腔中并与所述正极多孔集流体接触的正极活性悬浮液，所述正极活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的正极活性材料，所述正极集流层靠近所述隔膜侧设置有正极凹槽。
在一种实施方式中，所述正极反应腔设置有入口和出口，所述正极活性悬浮液从所述正极反应腔的入口进入流经所述正极多孔集流体，然后从所述正极反应腔的出口流出。
在一种实施方式中，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池还可包括正极动力装置、正极储液罐、正极管道，所述正极动力装置、所述正极储液罐与所述正极反应腔通过所述正极管道形成循环回路，所述正极动力装置推动所述正极活性悬浮液在所述正极储液罐与所述正极反应腔形成的循环回路中循环。
在一种实施方式中，所述正极集流层的材料选自铝、铝合金、不锈钢、银、锡、镍、钛等中的一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述正极多孔集流体的材料选自碳纤维材料、石墨材料、金属材料中的一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述碳纤维材料选自碳纸、碳布、碳毡中的一种，但不限于此，所述石墨材料选自石墨泡沫、膨胀石墨、石墨毡中的一种，但不限于此，所述金属材料选自泡沫铜、泡沫镍、泡沫钛、泡沫铝中的一种，但不限于此。本实施方式中的膨胀石墨由于是粉体材料，所以具体实施时，需要将其制作成柔性薄片。
在一种实施方式中，所述正极多孔集流体的厚度为0.01-5mm。该厚度可以形成稳定的导电网络，既保证电子的传导又为正极活性颗粒提供更多的反应位点，以保证良好的电化学性能。
在一种实施方式中，所述正极多孔集流体的孔隙率为30％-99％，该孔隙率可以保证正极活性悬浮液顺利的流过，实现反应腔中的与外部(例如，正极储液罐)的正极活性悬浮液的循环。
在一种实施方式中，所述正极多孔集流体的孔径为0.1-100μm。该孔径可以保证正极活性悬浮液顺利的流过。
在一种实施方式中，所述电解液包括溶质和溶剂，所述溶质选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂中的一种或多种，但不限于此，所述溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述隔膜的材料选自不导电的多孔聚合物或不导电的无机非金属材料。本实施方式的隔膜的作用是允许锂离子通过而阻隔电子通过。
在一种实施方式中，所述不导电的多孔聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述不导电的无机非金属材料选自玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述具有脱嵌锂离子功能的正极活性材料的体积占所述正极活性悬浮液体积的5％-70％。
在一种实施方式中，所述具有脱嵌锂离子功能的正极活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述所述正极凹槽的深度为0.05-5mm。也就是说从隔膜指向正极集流层的方向上正极凹槽的深度为0.05-5mm。
在一种实施方式中，所述正极凹槽在所述正极集流层平面方向的宽度为0.05-5mm，但小于正极集流层的宽度或长度。
在一种实施方式中，所述正极凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述正极集流层的厚度为1-20mm。
在一种实施方式中，所述正极集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。
在一种实施方式中，所述正极集流层的厚度为1-20mm，所述正极集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。
下面以将多孔集流体设置在负极反应腔中且负极活性悬浮液中不包括导电剂且在负极集流层设置凹槽且省略了流动式锂离子电池正极一侧为例进行介绍：
本发明实施例提供一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，包括负极集流层、隔膜、位于所述负极集流层和所述隔膜之间的负极反应腔、位于所述负极反应腔中并同时与所述负极集流层和所述隔膜形成接触的负极多孔集流体、位于所述负极反应腔中并与所述多孔集流体接触的负极活性悬浮液，所述负极活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的负极活性材料,所述负极集流层靠近所述隔膜侧设置有负极凹槽。
在一种实施方式中，所述负极反应腔设置有入口和出口，所述负极活性悬浮液从所述负极反应腔的入口进入流经所述负极多孔集流体，然后从所述负极反应腔的出口流出。
在一种实施方式中，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池还可包括负极动力装置、负极储液罐、负极管道，所述负极动力装置、所述负极储液罐与所述负极反应腔通过所述负极管道形成循环回路，所述负极动力装置推动所述负极活性悬浮液在所述负极储液罐与所述负极反应腔形成的循环回路中循环。
在一种实施方式中，所述负极集流层的材料选自铜、不锈钢、银、锡、镍、钛中的一种。
在一种实施方式中，所述负极多孔集流体的材料选自碳纤维材料、石墨材料、金属材料中的一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述碳纤维材料选自碳纸、碳布、碳毡中的一种，但不限于此，所述石墨材料选自石墨泡沫、膨胀石墨、石墨毡中的一种，但不限于此，所述金属材料选自泡沫铜、泡沫镍、泡沫钛、泡沫铝中的一种，但不限于此。本实施方式中的膨胀石墨由于是粉体材料，所以具体实施时，需要将其制作成柔性薄片。
在一种实施方式中，所述负极多孔集流体的厚度为0.01-5mm。该厚度可以形成稳定的导电网络，既保证电子的传导又为负极活性材料颗粒提供更多的反应位点，以保证良好的电化学性能。
在一种实施方式中，所述负极多孔集流体的孔隙率为30％-99％，该孔隙率可以保证负极活性悬浮液顺利的流过，实现反应腔与外部(例如，负极出液罐)的负极活性悬浮液的循环。
在一种实施方式中，所述负极多孔集流体的孔径为0.1-100μm。该孔径可以保证正极活性悬浮液顺利的流过。
在一种实施方式中，所述电解液包括溶质和溶剂，所述溶质选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂中的一种或多种，但不限于此，所述溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述隔膜的材料选自不导电的多孔聚合物或不导电的无机非金属材料。本实施方式的隔膜的作用是允许锂离子通过而阻隔电子通过。
在一种实施方式中，所述不导电的多孔聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述不导电的无机非金属材料选自玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述负极活性材料的体积占所述负极活性悬浮液体积的5％-70％。
在一种实施方式中，所述具有脱嵌锂离子功能的负极活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述具有脱嵌锂离子功能的负极活性材料选自纳米硅、钛酸锂中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述负极凹槽的深度为0.05-5mm。也就是说从隔膜指向负集流层的方向上负极凹槽的深度为0.05-5mm。
在一种实施方式中，所述负极凹槽在所述负极集流层平面方向的宽度为0.05-5mm，但小于负极集流层的宽度或长度。
在一种实施方式中，所述负极凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述负极集流层的厚度为1-20mm。
在一种实施方式中，所述负极集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。也就是说，从隔膜指向负集流层的方向，多孔集流体的厚度为0.03-5mm。
在一种实施方式中，所述负极集流层的厚度为1-20mm，所述负极集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。
下面以在正极反应腔和负极反应腔中同时设置多孔集流体且正极活性悬浮液和负极活性悬浮液中同时不包括导电剂且在正极集流层和负极集流层同时设置凹槽为例进行介绍：
本发明实施例提供一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其悬浮液流动截面示意图如图9a所示，包括正极集流层、隔膜、位于所述正极集流层和所述隔膜之间的正极反应腔、位于所述正极反应腔中并同时与所述正极集流层和所述隔膜形成接触的正极多孔集流体、位于所述正极反应腔中并与所述正极多孔集流体接触的正极活性悬浮液，所述正极活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的正极活性材料，所述正极集流层靠近所述隔膜侧设置有正极凹槽；还包括与所述正极集流层相对设置在所述隔膜两侧的负极集流层、位于所述负极集流层和所述隔膜之间的负极反应腔、位于所述负极反应腔中并同时与所述负极集流层和所述隔膜形成接触的负极多孔集流体、位于所述负极反应腔中并与所述负极多孔集流体接触的负极活性悬浮液，所述负极活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的负极活性材料，所述负极集流层靠近所述隔膜侧设置有负极凹槽。
本实施例中，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池所对应的入流式流场结构的流动式锂离子电池(正极和负极集流体不设置凹槽)的悬浮液流动截面示意图如图8所示。
在一种实施方式中，所述正极反应腔设置有入口和出口，所述正极活性悬浮液从所述正极反应腔的入口进入流经所述正极多孔集流体，然后从所述正极反应腔的出口流出；所述负极反应腔设置有入口和出口，所述负极活性悬浮液从所述负极反应腔的入口进入流经所述负极多孔集流体，然后从所述负极反应腔的出口流出。
在一种实施方式中，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，还包括正极动力装置、正极储液罐、正极管道、负极动力装置、负极储液罐、负极管道，所述正极动力装置、正极储液罐与所述正极反应腔通过正极管道形成闭合的循环回路，所述负极动力装置、负极储液罐与所述负极反应腔通过负极管道形成闭合的循环回路，所述正极动力装置用于实现正极活性悬浮液在正极储液罐与正极反应腔连接而成的正极循环回路中流动，所述负极泵用于实现负极活性悬浮液在负极储液罐与负极反应腔连接而成的负极循环回路中流动。
在一种实施方式中，所述正极集流层的材料选自铝、铝合金、不锈钢、银、锡、镍、钛等中的一种，但不限于此，所述负极集流层的材料选自铜、不锈钢、银、锡、镍、钛中的一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述正极多孔集流体的材料选自碳纤维材料、石墨材料、金属材料中的一种，但不限于此，所述负极多孔集流体的材料选自碳纤维材料、石墨材料、金属材料中的一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述碳纤维材料选自碳纸、碳布、碳毡中的一种，但不限于此，所述石墨材料选自石墨泡沫、膨胀石墨、石墨毡中的一种，但不限于此，所述金属材料选自泡沫铜、泡沫镍、泡沫钛、泡沫铝中的一种，但不限于此。
本实施方式中的膨胀石墨由于是粉体材料，所以具体实施时，需要将其制作成柔性薄片。
在一种实施方式中，所述正极多孔集流体的厚度为0.01-5mm，所述负极多孔集流体的厚度为0.01-5mm。该厚度可以形成稳定的导电网络，既保证电子的传导又为正极和负极活性材料颗粒提供更多的反应位点，以保证良好的电化学性能。
在一种实施方式中，所述正极多孔集流体的孔隙率为30％-99％，所述负极多孔集流体的孔隙率为30％-99％，该孔隙率可以保证正极和负极活性悬浮液顺利的流过，实现反应腔与外部储液罐的正极和负极活性悬浮液的循环。
在一种实施方式中，所述正极多孔集流体的孔径为0.1-100μm，所述负极多孔集流体的孔径为0.1-100μm。该孔径可以保证正极和负极活性悬浮液中的正极活性材料或负极活性材料顺利地通过。
在一种实施方式中，所述电解液包括溶质和溶剂，所述溶质选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂中的一种或多种，但不限于此，所述溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述隔膜的材料选自不导电的多孔聚合物或不导电的无机非金属材料。本实施方式的隔膜的作用是允许锂离子通过而阻隔电子通过。
在一种实施方式中，所述不导电的多孔聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述不导电的无机非金属材料选自玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述正极活性材料的体积占所述正极活性悬浮液体积的5％-70％，所述负极活性材料的体积占所述负极活性悬浮液体积的5％-70％。
在一种实施方式中，所述正极活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种，但不限于，所述负极活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述负极活性材料选自纳米硅、钛酸锂中的一种或多种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述正极凹槽的深度为0.05-5mm，所述负极凹槽的深度为0.05-5mm。也就是说从隔膜指向正极集流层的方向上正极凹槽的深度为0.05-5mm，从隔膜指向负极集流层的方向上负极凹槽的深度为0.05-5mm。
在一种实施方式中，所述正极凹槽在所述正极集流层平面方向的宽度为0.05-5mm，但小于正极集流层的宽度或长度，所述负极凹槽在所述负极集流层平面方向的宽度为0.05-5mm，但小于负极集流层的宽度或长度。
在一种实施方式中，所述正极凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种，所述负极凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述正极集流层的厚度为1-20mm，所述负极集流层的厚度为1-20mm。
在一种实施方式中，所述正极集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm，所述负极集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
将磷酸铁锂、科琴黑导电剂加入到电解液(1M LiPF6+EC/DEC(体积比1:1))中，配制成悬浮液，其中，磷酸铁锂体积占悬浮液总体积的30％、科琴黑导电剂体积占悬浮液总体积的5％的悬浮液，该悬浮液记作30LFP-5KB；
将磷酸铁锂加入到电解液(1M LiPF6+EC/DEC(体积比1:1))中，配制成悬浮液，其中，磷酸铁锂体积分别占悬浮液总体积的10％、20％、30％、40％，分别记作10LFP、20LFP、30LFP、40LFP。
将30LFP-5KB、10LFP、20LFP、30LFP、40LFP在不同剪切速率下进行粘度测试，其结果如图3所示，由图3可知，当悬浮液中不含有导电剂时，其粘度值较小，基本在1000cP以下。当剪切速率为6s-1时，当磷酸铁锂体积占悬浮液总体积的30％且悬浮液中含有科琴黑导电剂时(30LFP-5KB)，其粘度值约为2000cP；当剪切速率为6s-1时，当磷酸铁锂体积占悬浮液总体积的30％且悬浮液中不含有科琴黑导电剂时(30LFP)，其粘度值约为200cP，当在悬浮液中不加入导电剂时，可显著降低悬浮液的粘度。
实施例2
将碳毡冲压成直径12mm的圆形片，用超纯水超声清洗30min后，放入烘箱内60℃下保持12h。将玻璃纤维隔膜冲压成直径为19mm的圆形片，放置在烘箱内60℃下保持12h。称取0.145g磷酸铁锂和磁力搅拌子放在样品瓶中。
将上述材料放入水值和氧值均小于0.5ppm的手套箱中，向含磷酸铁锂的样品瓶中加入0.9mL电解液(1M LiPF6+EC/DEC(体积比1:1))，在磁力搅拌器上以100r/min的转速搅拌30min，得到混合均匀的悬浮液。将碳毡放在正极壳的中心，将10μL的悬浮液滴加在碳毡中心处，将玻璃纤维隔膜覆盖在碳毡上，并在玻璃纤维隔膜中心处滴加100μL电解液(1MLiPF6+EC/DEC(体积比1:1))润湿，将直径为16mm的锂片放置在隔膜中心处，在锂片上依次放置垫片和弹片，盖上负极壳，再使用电池分装机进行封装。
重复上述步骤，不同的是将碳毡分别替换为碳纸、碳布。
在2.5～3.7V电压窗口内，分别对含有碳毡、碳纸、碳布的纽扣电池在不同电流密度大小下进行充放电循环测试。其测试结果如图5所示，其中(a)为含有碳毡、碳纸、碳布的纽扣电池的0.2C/0.2C充放电曲线，可以看出，相比含有碳纸、碳布的纽扣电池，含有碳毡的纽扣电池具有最大的放电比容量；(b)为含有碳毡的纽扣电池在不同电流密度下充放电曲线，随着充放电的电流密度增大，其比容量逐渐降低。
将测试后的含有碳毡、碳纸、碳布的纽扣电池中的碳毡、碳纸、碳布取出并烘干，进行SEM测试，其SEM图如图4所示，其中(a)为碳毡的SEM图，其中(b)为碳纸的SEM图，其中(c)为碳布的SEM图，由图4中的(a)、(b)、(c)可知，磷酸铁锂在碳毡、碳纸、碳布均匀分布，且与碳毡、碳纸、碳布结合良好。
实施例3
将碳毡裁剪成20mm×5mm×2mm的规格，用超纯水超声清洗3min后放入烘箱内60℃干燥12h，将玻璃纤维隔膜裁剪成45mm×12mm×0.675mm的规格，放入烘箱内60℃干燥12h，取1.45g磷酸铁锂和磁力搅拌子放入样品瓶中。
将上述材料放入水值和氧值均小于0.5ppm的手套箱中，向含磷酸铁锂的样品瓶中加入9mL电解液(1M LiPF6+EC/DEC(体积比1:1))，配置成10vol％(磷酸铁锂的体积占悬浮液的10％，电解液的体积占悬浮液的90％)的悬浮液。
将四氟乙烯垫片框(50mm×30mm×1mm，中心有20mm×5mm×1mm通道)放置在铜集流板(50mm×30mm×5mm)上，把一块锂片(20mm×5mm×1mm)放置在聚四氟乙烯垫片框的通道中作为负极。将玻璃纤维隔膜(45mm×12mm×0.675mm)放置在锂片表面上，然后滴加200μL的电解液(1M LiPF6+EC/DEC(体积比1:1))润湿。将另一个有通道的聚四氟乙烯垫片框(50mm×30mm×2mm，中心有20mm×5mm×2mm的通道)放在玻璃纤维隔膜上。将碳毡(20mm×5mm×2mm)放置在聚四氟乙烯垫片框的通道中，用铝集流板(50mm×30mm×15mm)压实，最后，各部件由活动螺栓将电池加固，得到入流式流场结构的流动式锂离子电池电池本体，其结构示意图如图6a所示。将电池夹具与含有悬浮液的样品瓶用软管相连，用蠕动泵把悬浮液注入电池夹具中，并以循环流动的方式通过软管回流至样品瓶。由于样品瓶中放有磁力搅拌子，在悬浮液流动过程中，通过磁力搅拌器使得磷酸铁锂颗粒在悬浮液中保持均匀分散。
对该入流式流场结构的流动式锂离子电池进行如下三种模式的测试：
模式一：悬浮液间歇流动，在2.5-3.4V电压窗口内，以0.1mA·cm-2电流密度进行充放电循环测试。(蠕动泵驱使悬浮液进入电池夹具内，之后蠕动泵不工作，待电池完成一次充放电之后再开启蠕动泵，新的悬浮液又输入电池)
模式二：悬浮液持续流动，以0.2m·cm-2的电流密度先充电4h再放电4h的循环模式测试(在该流动式锂离子电池充放电的过程中，蠕动泵驱动浆料持续流动、不停歇)。
模式三：悬浮液持续流动，以0.5mA·cm-2的电流密度先放电至2.9V，再充电4h的充放电循环测试(在该流动式锂离子电池充放电的过程中，蠕动泵驱动浆料持续流动、不停歇)。
测试结果如图7所示，其中(a)为采用模式一的参数进行测试的结果图，(b)采用模式二的参数进行测试的结果图，(c)为采用模式三的参数进行测试的结果图。
由图中可以看出，在模式一、二、三的条件下，该入流式流场结构的流动式锂离子电池都能维持较高的库伦效率和循环稳定性，例如，在模式一的条件下，该入流式流场结构的流动式锂离子电池运行96h后，库伦效率仍大于98％。
实施例4
将石墨毡裁剪成23mm×8mm×1mm规格，用超纯水超声清洗30min后放入烘箱内60℃干燥12h，将聚丙烯隔膜裁剪成25mm×10mm×0.025mm规格，放入烘箱内60℃干燥12h，称取磷酸铁锂放入样品瓶中，放入烘箱内60℃干燥12h。
将上述材料放入水值和氧值均小于0.5ppm的手套箱中，向磷酸铁锂的样品瓶中加入电解液(1M LiPF6+EC/DEC(1:1))，配置10vol％(磷酸铁锂的体积占悬浮液的10％)的悬浮液。把一块锂片(20mm×5mm×1mm)放置在铜集流板(50mm×30mm×5mm)上，将聚丙烯隔膜(25mm×10mm×0.025mm)放置在锂片表面上，然后滴加20μL的电解液润湿。将石墨毡(23mm×8mm×1mm)放置在隔膜上，用铝集流板(50mm×30mm×15mm)(该铝集流板设置有如图9b所示的凹槽，凹槽的深度为3mm，宽度为3mm，总长度为40mm)压实，得到旁流式流场结构的流动式锂离子电池本体。然后将电池夹具与样品瓶用软管相连，用蠕动泵把浆料注入电池夹具中，并以循环流动的方式通过软管回流至样品瓶。样品瓶中放入磁力搅拌子，在浆料流动过程中，通过磁力搅拌器使得活性物质颗粒在浆料中保持均匀，将该旁流式流场结构的流动式锂离子电池记作10LFP，并对应制备出相应的入流式流场结构的流动式锂离子电池(即在集流板上不设置凹槽)。该旁流式流场结构的流动式锂离子电池本体结构示意图如图6b所示(图中的聚四氟乙烯板是用来控制多孔集流的厚度的，可根据实际需要设置或不设置，本实施例中不设置聚四氟乙烯板)，该旁流式流场结构的流动式锂离子电池集流层内凹槽示意图如图9b所示。
重复上述步骤，不同的是分别向磷酸铁锂的样品瓶中加入不同体积的电解液(1MLiPF6+EC/DEC(1:1))，配置20vol％、30vol％的悬浮液、将这两个旁流式锂离子电池记作20LFP、30LFP，并对应制备出相应的入流式流场结构的流动式锂离子电池(即在集流板上不设置凹槽)。
对旁流式流场结构的流动式锂离子电池10LFP、20LFP、30LFP及其对应的入流式流场结构的流动式锂离子电池进行进出口压降测试，其结果如图11和图10所示，由图中可以看出，采用旁流式流场结构的流动式锂离子电池的进出口压降(图11)明显小于入流式流场结构的流动式锂离子电池的压降(图10)，充分证明本发明中旁流式结构的流动式锂离子电池可有效减小泵功损耗。
对旁流式流场结构的流动式锂离子电池10LFP进行连续流动模式下的充放电测试，电流密度为0.25mA/cm2,结果如图12所示，其在连续流动条件下能维持较高的循环稳定性。
综上所述，本发明提供了一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，在活性悬浮液中不加入导电剂，降低了活性悬浮液的粘度，在集流体层和隔膜之间设置多孔集流体，利用该多孔集流体的三维导电骨架提供导电率高和稳定的电子传导网络，当活性悬浮液与多孔集流体接触时，可以实现电子的传输。同时采用旁流式流场结构，可使活性悬浮液流过电池的进出口压降显著减小、降低驱动活性悬浮液流动所需能量损耗；可提升活性悬浮液均一性、降低电池浓差极化；可缩短集流层与隔膜之间距离、减小锂离子与电子传导阻力、利于降低欧姆损失，提升电化学性能。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池包括第一集流层、隔膜、位于所述第一集流层和所述隔膜之间的第一反应腔、位于所述第一反应腔中并同时与所述第一集流层和所述隔膜形成接触的第一多孔集流体、位于所述第一反应腔中并与所述第一多孔集流体接触的第一活性悬浮液，所述第一活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料，所述第一集流层靠近所述隔膜侧设置有第一凹槽。
2.根据权利要求1所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述第一多孔集流体的材料选自碳纤维材料、石墨材料、金属材料中的一种。
3.根据权利要求2所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述碳纤维材料选自碳纸、碳布、碳毡中的一种，所述石墨材料选自石墨泡沫、膨胀石墨、石墨毡中的一种，所述金属材料选自泡沫铜、泡沫镍、泡沫钛、泡沫铝中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述第一多孔集流体的厚度为0.01-5mm，和/或，所述第一多孔集流体的孔隙率为30％-99％，和/或，所述第一多孔集流体的孔径为0.1-100μm。
5.根据权利要求1所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述第一凹槽的深度为0.05-5mm。
6.根据权利要求1所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述第一凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述第一集流层的厚度为1-20mm，和/或，所述第一集流层与所述隔膜之间的距离为0.03-5mm。
8.根据权利要求1所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种，或，所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池还包括与所述第一集流层相对设置在所述隔膜两侧的第二集流层、位于所述第二集流层和所述隔膜之间的第二反应腔、位于所述第二反应腔中并同时与所述第二集流层和所述隔膜形成接触的第二多孔集流体、位于所述第二反应腔中并与所述第二多孔集流体接触的第二活性悬浮液，所述第二活性悬浮液包括电解液和具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料，所述第二集流层靠近所述隔膜侧设置有第二凹槽，当所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种时，所述具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种，当所述具有脱嵌锂离子功能的第一活性材料选自硅基合金、锂钛氧化物、铝基合金中的一种或多种时，所述具有脱嵌锂离子功能的第二活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的基于旁流式流场结构的流动式锂离子电池，其特征在于，所述第二凹槽的形状为回形、网格形、蛇形、叉指形中的一种或多种。
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