用于电池的快速充电装置制造方法及图纸

一种包括一个快速充电复合结构(60)和一个二次电池(22)的快速充电系统(20)，其可使二次电池(22)能够以比传统充电方式可能更短的时间来充电。该快速充电复合结构(60)包括一由纤维素制成的并用第二电解质(64)润湿的隔板(62)，该第二电解质(64)含有带正电荷的第三离子(94)和带负电荷的第四离子(96)，该隔板与二次电池(22)的相邻电极(32,46)接触。一由热膨胀石墨制成的快速充电层(30)与隔板(62)相邻并平行设置。一个大于传统充电传输的最大充电功率PMAX的第二电功率PFC作为施加于快速充电层(30)和相邻电极(32,46)的电池引线(34,50)之间的第二电压V2的函数来传输，以使第三离子(94)和第四离子(96)迁移通过隔板(62)，从而使二次电池(22)充电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电池的快速充电装置相关申请的交叉引用本申请要求于2015年1月28日提交的美国实用专利申请第14/607,530号的权益，该申请为2014年11月12日提交的美国实用专利申请第14/539,448号的部分继续申请，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种与二次电池结合用于二次电池充电的快速充电复合结构。
技术介绍
通常已知的是，电池构造为层叠结构，其中阴极与膜形成夹层并与阳极间隔且平行设置，并且电解质浸渍膜以携带离子迁移通过膜。这种电池的一个示例在美国专利申请第2009/0142668号中示出。还已知的是，电池构造为层叠结构，而这些叠层形成了多个并联或串联连接的电化学电池。这种电池构造的一个示例在美国专利申请第2012/0058380号中示出。众所周知，二次电池使用电解质在阳极电极和阴极电极之间输送带正电荷的第一离子和带负电荷的第二离子。这种电池的一个示例在美国专利第4,707,423号中示出。二次电池单元通常使用在阳极和阴极之间施加一个第一电压以使一个第一电流在其间流动这种传统的充电方式进行充电，这种充电方式的一个示例在美国专利第7,489,107号中有所描述。同样众所周知的是，二次电池仅能以最大充电功率再次充电，该最大充电功率为阳极和阴极之间的第一电压乘以其间的第一电流的函数，并在第一时间间隔内施加。施加的功率大于最大充电功率可导致两种主要形式的电池单元损坏，并导致容量明显损失。第一种主要形式的损坏是因为过热，这将导致电池单元由于熔化和/或产生气体(例如由于电解质沸腾)而损坏。最终，过热损坏会导致电极之间的短路。第二种主要损坏是电镀，也称为沉积，其发生于在晶体晶格结构内容纳离子的插层电极。在正常工作期间，离子们以化学方法插入插层电极中，在此处与电极反应，捕获晶格结构内反应的金属产物。然而，当施加的功率大于最大充电功率时，离子们将在插层电极的表面上反应，并在该表面上形成或镀上金属层。该金属层的形成是不均匀的，并且会产生延伸进入膜的针状枝晶结构，最终造成电池单元短路。授予Anani等人的美国专利第6,117,585号公开了一种构造为层叠结构的混合储能装置，其中由两个电极层和一个第一电解质形成电池。一个夹在第三电极和其中一个电池电极之间的第二电解质形成电解电容器。Anani等人的'585号装置需要一个外部导体以将不相邻的电池电极直接连接到电容器电极。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有第二电解质的快速充电复合结构，该第二电解质包括带正电荷的第三离子和带负电荷的第四离子。快速充电复合结构设置为邻近并接触二次电池的一个电极，该电极为相邻电极，并且二次电池的其余电极为远处电极，该电极与快速充电复合结构电隔离。快速充电复合结构对第二电功率的施加进行响应，该第二电功率大于最大充电功率，该最大充电功率采用在二次电池的电极间施加第一电压从而在其间产生第一电流的传统方式施加到二次电池。第二电功率是快速充电复合结构和相邻电极之间的第二电压乘以它们之间的第二电流的函数，并在第二时间间隔内施加。第二电功率的施加导致第三离子和第四离子在相邻电极和快速充电复合结构之间迁移从而改变相邻电极的电化学电位，使得二次电池能够在第二时间间隔内存储预定量的电能，该第二时间间隔比在等于或低于最大充电功率下采用传统方式所需的第一时间间隔短。换句话说，使用快速充电复合结构可在比传统的充电方式更短的时间内将电池充电至其容量。本专利技术还提供了一种构造这种具有第二电解质的快速充电复合结构的方法，包括：将AlCl3溶解在乙醇中以生成背景溶液，将背景溶液与甘油结合以制备包括带正电荷的第三离子和带负电荷的第四离子的第二电解质，以及用第二电解质润湿由电绝缘材料制成的隔板。本专利技术从最广泛的方面提供了一种快速充电复合结构，该复合结构使二次电池在比在电池引线之间施加第一电压和第一电流的传统充电方式可能更短的时间内存储预定量的电能。附图说明请参阅下述详细说明并结合附图进行考虑，本专利技术的其他优点将更加容易领会和更好地理解，其中：图1是二次电池的剖视示意图，该二次电池具有邻近二次电池的阴极层设置的快速充电复合结构；图2是二次电池的剖视示意图，该二次电池具有邻近二次电池的阳极层设置的快速充电复合结构；图3是二次电池的剖面俯视图，该二次电池具有设置在二次电池的阴极层下方并邻近二次电池的阴极层的快速充电复合结构；图4是以传统方式充电的二次电池的示意图，并且示出了离子的运动和常规(正)电流流动；图5是具有邻近阴极层设置的快速充电复合结构的快速充电系统的示意图，并且示出了当使用快速充电复合结构对二次电池进行充电以及二次电池放电时离子的运动和常规(正)电流流动。具体实施方式参见附图，其中相似的附图标记表示了所有附图中相应的部分，公开了一种快速充电系统20，其包括具有存储预定量电能的能力的二次电池22。术语“二次电池”是指能够再充电的电化学能量存储装置。如图所示，二次电池22包括一对电极32、46，其包括平行延伸且彼此间隔的阳极层32和阴极层46。阳极层32由99.4至99.9wt％、纯度为99.95％的固体铝和0.1至0.6wt％的铟组成，其第一矩形边界限定了第一长度为1.2cm，第一宽度为1.7cm，以及第一厚度为0.1mm。由导电材料制成的负极电池引线34与阳极层32电接触，以与外部电路传导电流，从而为二次电池22充电或放电。负极电池引线34还可以用作与另一电池单元的连接点，从而成为多单元电池装置的一部分。负极电池引线34可以是电线、焊盘、端子或任何其它合适的实现电连接的装置。阳极层32采用包括含有金属的颗粒92的导电接合剂36与负极电池引线34电接触。这种接合剂36的示例为由EMS(ElectronMicroscopySciences)公司出售的两部分导电银漆(部件号：12642-14)以及由纽约普莱森特维尔(Pleasantville)的SOLDER-IT，INC公司出售的Solder-It铝焊膏。阴极层46具有第二长度为1.4cm、第二宽度为1.9cm以及第二厚度为0.1mm的第二矩形边界。阴极层46包括由纤维素制成的载体片48和电活性层28，该电活性层28集成在载体片48内并设置在载体片48面向阳极层32的一侧上。换句话说，电活性层28覆盖载体片48的表面并延伸到其结构中。阴极层46的电活性层28包括主晶格54，其限定了多个空隙56并包括具有离域π电子的共轭体系。共轭体系被定义为由多个相连p轨道组成的系统，其在化合物中含有离域电子。更具体地，共轭是一个p轨道与另一个p轨道跨越邻近单(σ)键的重叠。具有这种共轭体系的一种这样的化合物是石墨。其它化合物，例如但不限于聚苯胺和多共轭直链烃聚合物，也包括具有重叠p轨道的共轭体系。含有热膨胀石墨的正极电池引线50与阴极层46的电活性层28电连接，以与外部电路传导电流，从而对二次电池22进行充电和/或放电。含石墨的粘合剂52将电活性层28连接至正极电池引线50，并在它们之间传导电流。一种这样的正极电池引线50包括热膨胀石墨箔片66。一种替代的正极电池引线50包括直径为0.1mm的石墨棒。正极电池引线50也可以作为与另一个电池单元的连接点，从而成为多电池单元装置的一部分。正极电池引线50可以包括电线、焊盘、端子或任何其它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速充电系统(20)，其包括一个二次电池(22)，该快速充电系统包括：一对电极(32、46)，其包括平行延伸且彼此间隔开的一阳极层(32)和一阴极层(46)，一夹在所述阳极层(32)和所述阴极层(46)之间的膜(38)，一第一电解质(44)，其包括第一离子(24)并浸渍所述膜(38)，来携带过量的离子迁移通过所述膜(38)以响应最大充电功率(PMAX)的施加，该最大充电功率作为所述阳极层(32)和所述阴极层(46)之间的第一电压(V1)乘以其间的第一电流(I1)的函数，并在第一时间间隔(T1)内施加，一快速充电复合结构(60)，其具有第二电解质(64)，该第二电解质(64)包括具有正电荷的第三离子(94)，并包括具有负电荷的第四离子(96)，该快速充电复合结构被设置为与所述电极(32,46)中的一个相邻并接触，以使其成为相邻电极(32、46)，并且所述电极(32、46)中剩余的一个电极则成为与所述快速充电复合结构(60)电隔离的远处电极(32、46)，并且该快速充电复合结构响应于第二电功率(PFC)的施加，该第二电功率大于所述最大充电功率(PMAX)，且为所述快速充电复合结构(60)和所述相邻电极(32、46)之间的第二电压(V2)乘以其间的第二电流(I2)的函数，并在第二时间间隔(T2)内施加，从而使得所述第三离子(94)和所述第四离子(96)在所述相邻电极(32、46)和所述快速充电复合结构(60)之间迁移来改变所述相邻电极的电化学电位(32,46)，以使所述二次电池(22)能够在所述第二时间间隔(T2)内存储所述预定量的电能，该第二时间间隔比在等于或低于所述最大充电功率(PMAX)下经过的所述第一时间间隔(T1)短。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.12 US 14/539,448;2015.01.28 US 14/607,5301.一种快速充电系统(20)，其包括一个二次电池(22)，该快速充电系统包括：一对电极(32、46)，其包括平行延伸且彼此间隔开的一阳极层(32)和一阴极层(46)，一夹在所述阳极层(32)和所述阴极层(46)之间的膜(38)，一第一电解质(44)，其包括第一离子(24)并浸渍所述膜(38)，来携带过量的离子迁移通过所述膜(38)以响应最大充电功率(PMAX)的施加，该最大充电功率作为所述阳极层(32)和所述阴极层(46)之间的第一电压(V1)乘以其间的第一电流(I1)的函数，并在第一时间间隔(T1)内施加，一快速充电复合结构(60)，其具有第二电解质(64)，该第二电解质(64)包括具有正电荷的第三离子(94)，并包括具有负电荷的第四离子(96)，该快速充电复合结构被设置为与所述电极(32,46)中的一个相邻并接触，以使其成为相邻电极(32、46)，并且所述电极(32、46)中剩余的一个电极则成为与所述快速充电复合结构(60)电隔离的远处电极(32、46)，并且该快速充电复合结构响应于第二电功率(PFC)的施加，该第二电功率大于所述最大充电功率(PMAX)，且为所述快速充电复合结构(60)和所述相邻电极(32、46)之间的第二电压(V2)乘以其间的第二电流(I2)的函数，并在第二时间间隔(T2)内施加，从而使得所述第三离子(94)和所述第四离子(96)在所述相邻电极(32、46)和所述快速充电复合结构(60)之间迁移来改变所述相邻电极的电化学电位(32,46)，以使所述二次电池(22)能够在所述第二时间间隔(T2)内存储所述预定量的电能，该第二时间间隔比在等于或低于所述最大充电功率(PMAX)下经过的所述第一时间间隔(T1)短。2.一种快速充电系统(20)，其包括一具有能够存储预定量电能的能力的二次电池(22)，所述快速充电系统(20)包括：一对电极(32、46)，其包括平行延伸且彼此间隔开的一阳极层(32)和一阴极层(46)，一夹在所述阳极层(32)和所述阴极层(46)之间的膜(38)，一第一电解质(44)，其包括第一离子(24)并浸渍所述膜(38)，来携带过量的离子迁移通过所述膜(38)以响应最大充电功率(PMAX)的施加，该最大充电功率作为所述阳极层(32)和所述阴极层(46)之间的第一电压(V1)乘以其间的第一电流(I1)的函数，并在第一时间间隔(T1)内施加，一快速充电复合结构(60)，其包括由第二电解质(64)浸渍的隔板(62)，该第二电解质包括具有正电荷的第三离子(94)，并包括具有负电荷的第四离子(96)，该快速充电复合结构被设置为与所述电极(32、46)中的一个相邻并接触，以使其成为相邻电极(32、46)，并且所述电极(32、46)中剩余的一个电极则成为与所述快速充电复合结构(60)电隔离的远处电极(32、46)，所述相邻电极(32,46)对于所述第三离子(94)和所述第四离子(96)而言为可渗透的，从而允许所述第三离子(94)和所述第四离子(96)渗透在所述相邻电极(32、46)内，所述快速充电复合结构(60)包括一设置为与所述隔板(62)相邻且平行的快速充电层(30)，所述隔板(62)夹在所述相邻电极(32、46)和所述快速充电层(30)之间，以将所述快速充电层(30)与所述相邻电极(32、46)电绝缘，并且通过所述隔板(62)与所述相邻电极(32、46)交换所述第三离子(94)和所述第四离子(96)，所述快速充电复合结构(60)包括一由导电材料制成的电连接至所述快速充电层(30)的快速充电引线(68)，以用于施加一第二电功率(PFC)，该第二电功率大于所述最大充功率(PMAX)，且为所述快速充电引线(68)和所述相邻电极(32、46)的所述电池引线(34、50)之间的第二电压(V2)乘以其间的第二电流(I2)的函数，并在第二时间间隔(T2)内施加，以使所述第三离子(94)和所述第四离子(96)在所述相邻电极(32、46)和所述快速充电层(30)之间迁移，从而改变所述相邻电极(32、46)的电化学电位，以使所述二次电池(22)能够在所述第二时间间隔(T2)内存储所述预定量的电能，该第二时间间隔比在等于或低于所述最大充电功率(PMAX)下经过的第一时间间隔(T1)短。3.根据权利要求2所述的快速充电系统(20)，其特征在于，所述相邻电极(32、46)是所述阴极层(46)。4.根据权利要求2所述的快速充电系统(20)，其特征在于，所述相邻电极(32、46)是所述阳极层(32)。5.根据权利要求2所述的快速充电系统(20)，其特征在于，所述快速充电层(30)包括热膨胀石墨。6.一种快速充电系统(20)，其包括一具有能够存储预定量电能的能力的二次电池(22)，所述快速充电系统(20)包括：一对电极(32、46)，其包括平行延伸且彼此间隔开的一阳极层(32)和阴极层(46)，所述阳极层(32)由99.4-99.9wt％、纯度为99.95％的固体铝和0.1-0.6wt％的铟组成，并且具有限定第一长度为1.2cm、第一宽度为1.7cm以及第一厚度为0.1mm的第一矩形边界，一由导电材料制成的负极电池引线(34)，其与所述阳极层(32)电接触从而与外部电路传导电流，一接合剂(36)，其包括含有金属的颗粒(92)，并设置在所述阳极层(32)和所述负极电池引线(34)之间，以将所述阳极层(32)连接至所述负极电池引线(34)并在其间传导电流，所述阴极层(46)具有限定第二长度为1.4cm、第二宽度为1.9cm以及第二厚度为0.1mm的第二矩形边界，所述阴极层(46)包括一由纤维素制成的载体片(48)和一集成至所述载体片(48)并面向所述阳极层(32)的电活性层(28)，一正极电池引线(50)，其包含热膨胀石墨并与所述阴极层(46)的所述电活性层(28)电接触，从而与外部电路传导电流，一包含石墨的粘合剂(52)，其设置在所述电活性层(28)和所述正极电池引线(50)之间，以将所述电活性层(28)连接至所述正极电池引线(50)并在其间传...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·M·亚罗什科，
申请(专利权)人：英特储能公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA