电化学储能装置及其制造方法制造方法及图纸

公开了电化学储能装置及其制造方法，其中所述电化学储能装置包括至少两个层叠设置的电化学电容器，所述电化学电容器包括一对电极以及位于所述一对电极之间的隔膜和电解液。

【技术实现步骤摘要】
领域本公开涉及电化学领域。背景电化学电容器(electrochemical capacitors, ECs),也称超级电容器(supercapacitors),是一种新型环保的电化学储能器件。其工作原理是通过电极与电解液界面之间形成双电层来存储电荷，积蓄能量。电化学电容器具有充放电速度快、功率密度高、使用寿命长、高效环保等诸多优点，因此在实际生活中得到了广泛的应用。例如，它可以用于电池备用系统、不间断电源、混合动力汽车(HEV)等各方面领域。电化学电容器包括电极、集流体、隔膜、电解液四大组成部分，外部封装结构主要有纽扣式、卷绕式和叠片式三种。目前工业上制备的电化学电容器主要以有机体系为主，即采用活性炭材料作为电极材料，电解液选用有机电解液，充放电电压可达到2.7V。虽然有机系电化学电容器的电压较水系电化学电容器的电压(IV)提高了很多，能量密度大幅度提高，然而仍在一些高电压体系的应用中有其局限性。概述本公开一方面提供了电化学储能装置，其包括至少两个层叠设置的电化学电容器，所述电化学电容器包括一对电极以及位于所述一对电极之间的隔膜和电解液。本公开另一方面提供了制造电化学储能装置的方法，其包括I)提供至少两个电化学电容器；以及2)将所述电化学电容器层叠串联。附图简要说明图1为本公开一实施方案的电化学储能装置的结构示意图。图2为本公开的实施例1中制备的电化学储能装置的恒电流充放电曲线。图3为本公开的实施例1中制备的电化学储能装置的循环伏安曲线。图4为本公开的实施例1中制备的电化学储能装置的电化学阻抗曲线。图5为本公开的实施例2中制备的电化学储能装置的恒电流充放电曲线。详述在以下的说明中，包括某些具体的细节以对各个公开的实施方案提供全面的理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其它方法、部件、材料等的情况下可实现实施方案。除非本公开中另外要求，在整个说明书和其后的权利要求书中，词语“包括”和“包含”应解释为开放式的、含括式的意义，即“包括但不限于”。在整个本说明书中提到的“一实施方案”或“实施方案”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”意指在至少一实施方案中包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、结构或特征。因此，在整个说明书中不同位置出现的短语“在一实施方案中”或“在实施方案中”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”不必全部指同一实施方案。此夕卜，具体要素、结构或特征可以任何适当的方式在一个或多个实施方案中结合。定义因此，非另有相反的说明，否则说明书及所附权利要求中所用的下列术语具有以下的意思:在本公开中，术语“粘结剂”系指可以把活性电极材料粘结起来成膜的物质，通常为高分子材料。在本公开中，术语“溶剂”系指可以溶化固体、液体或气体溶质的液体。在本公开中，术语“集流体”系指汇集电流的结构或零件，其功用主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出。在本公开中，术语“导电胶”系指固化或干燥后具有一定导电性能的胶粘剂。【具体实施方式】本公开一方面提供了电化学储能装置，其包括至少两个层叠设置的电化学电容器，所述电化学电容器包括一对电极以及位于所述一对电极之间的隔膜和电解液。在某些实施方案中，所述电极为薄膜电极。在某些实施方案中，电极材料包括电极活性材料和粘结剂。在某些实施方案中，所述的电极活性材料的质量含量占整个电极材料的50%-100%ο能够用于本公开的电极活性材料的示例性实例包括但不限于多孔活性炭、石墨烯、改性石墨烯材料、活性炭及石墨烯复合材料、中间相碳微球、天然石墨、改性石墨、包覆石墨、碳纳米纤维、碳纳米管、焦炭、硅粉、硅线、锂离子电池使用的含锂元素的正极粉体材料、锂离子电池使用的含锂元素的粉体材料及其混合物。能够用于本公开的粘结剂的示例性实例包括但不限于聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素以及混合物、聚丙烯醇、聚酰胺、聚芳纶等高分子聚合物。在某些实施方案中，所述电极材料还包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨、石墨烯、碳纳米纤维、导电纤维、金属丝或其混合物。在某些实施方案中，所述的电极活性材料与所述粘结剂的质量比为90:10。在某些实施方案中，所述的电极活性材料、所述导电炭黑和所述粘结剂的质量比为 85:5:10。在某些实施方案中，将电极活性材料、导电炭黑和粘结剂压制在集流体上制备薄膜电极。在某些实施方案中，将电极活性材料、导电炭黑和粘结剂分散在溶液中后旋涂成膜在集流体上制备薄膜电极。能够用于本公开的集流体的示例性实例包括但不限于铜箔、铝箔和具有粘性的导电高分子薄膜。在某些实施方案中，集流体可以涂覆导电胶以提高导电能力。能够用于本公开的隔膜的示例性实例包括但不限于纤维素质多孔隔膜、多孔聚丙烯膜、无纺布和无极材料填充的无纺布类膜。在某些实施方案中，所述电解液为有机电解液。能够用于本公开的有机电解液中的电解质的示例性实例包括但不限于有机季铵盐和锂盐。在某些实施方案中，所述有机电解液中的电解质选自四乙基硼氟酸铵盐、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和LiBOB。能够用于本公开的有机电解液中的溶剂的示例性实例包括但不限于乙腈、丙烯碳酸酯、乙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙二醇、甘油或其混合物。在某些实施方案中，所述电极的面积为0.1cm2到2000cm2。在某些实施方案中，所述层叠设置的电化学电容器包括至少一个双面电极。在某些实施方案中，所述电化学储能装置的封装结构为扣式、卷绕式或叠片式。在某些实施方案中，所述封装结构的外壳内部以及所述电极的集流体边缘涂覆有绝缘材料。能够用于本公开的绝缘材料的示例性实例包括但不限于为水性胶、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯醇、聚甲基丙烯酸脂、聚酰胺、聚芳纶等高分子聚合物。在某些实施方案中，在形成涂覆层之前，绝缘材料为溶液、乳液、粉料等可形成流动或附着层的形态。在某些实施方案中，电化学储能装置为双电层的电化学储能装置。在某些实施方案中，电化学储能装置包括两个层叠设置的电化学电容器，每一所述电化学电容器包括一对电极以及位于所述一对电极之间的隔膜和电解液。 在与电化学储能装置包括两个层叠设置的电化学电容器有关的实施方案中，电化学储能装置的两侧为单面电极，中间为双面电极，电极之间设置有隔膜和电解液。本公开的电化学储能装置通过内部层叠串联的结构设计，不仅单体电容器的电压提高到了 5.4V，而且具有很好的电化学性能，在保持高功率的同时，整个装置的能量密度也得到了提高(可达19.3ffh.kg。^1)，是普通活性炭基单体电化学电容器能量密度的4倍。并且这种内部串联的方法可以大大降低器件的封装成本，具有很重要的市场应用价值。本公开另一方面提供了制造电化学储能装置的方法，其包括I)提供至少两个电化学电容器；以及2)将所述电化学电容器层叠串联。在某些实施方案中，制造电化学储能装置的方法包括I)提供两个电化学电容器；以及2)将所述电化学电容器层叠串联。在与提供两个电化学电容器有关的实施方案中，电化学储能装置的两侧为单面电极，中间为双面电极，电极之间设置有隔膜和电解液。下面通过具体实施例对本公开中涉及的专利技术进行具体描述，这些实施例只用于对这些专利技术进行进一步的说明，不能理解为对其本文档来自技高网...

【技术保护点】
电化学储能装置，其包括至少两个层叠设置的电化学电容器，所述电化学电容器包括一对电极以及位于所述一对电极之间的隔膜和电解液。

【技术特征摘要】
1.电化学储能装置，其包括至少两个层叠设置的电化学电容器，所述电化学电容器包括一对电极以及位于所述一对电极之间的隔膜和电解液。2.如权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述电极为薄膜电极。3.如权利要求1或2所述的电化学储能装置，其中电极材料包括电极活性材料和粘结剂，优选的电极活性材料为多孔活性炭、石墨烯、改性石墨烯材料、活性炭及石墨烯复合材料、中间相碳微球、天然石墨、改性石墨、包覆石墨、碳纳米纤维、碳纳米管、焦炭、硅粉、硅线、锂离子电池使用的含锂元素的正极粉体材料、锂离子电池使用的含锂元素的粉体材料或其混合物并且优选的粘结剂为聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素及其混合物、聚丙烯醇、聚酰胺、聚芳纶或其混合物。4.如权利要求3所述的电化学储能装置，其中所述电极材料还包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨、石墨烯、碳纳米纤维、导电纤维、金属丝或其混合物。5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的电化学储能装置，其中所述隔膜选自纤维素质多孔隔膜、多孔聚丙烯膜、无纺布、无极材料填充的无纺布类膜。6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的电化学储能装置，其中所述电解液为有机电解液。7.如权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永胜，张帆，侯栋，张燕，
申请(专利权)人：南开大学，天津普兰纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12