集成能量和功率装置制造方法及图纸

一种锂离子能量和功率系统，其包括：壳体，所述壳体含有：至少三个电极，所述电极包括：至少一个第一电极，所述至少一个第一电极包括阴极法拉第能量储存材料；至少一个第二电极，所述至少一个第二电极包括阳极法拉第能量储存材料；和至少一个第三电极，所述至少一个第三电极包括阴极非法拉第能量储存材料，其中所述至少一个第一、第二和第三电极如本文所限定的相邻，并且所述至少一个第二电极与电耦合的至少一个第一电极和所述至少一个第三电极电学隔离；在各电极之间的隔膜；和在各电极之间的液体电解质。还公开了制造和使用所公开的锂离子能量和功率系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成能量和功率装置本申请依据35U.S.C.§120要求于2015年1月30日提交的序列号为14/610,706的美国申请的优先权的权益，本文以该申请的内容为基础并且其全文通过引用的方式纳入本文。本文中提及的每种公开物或专利文件的完整公开内容通过引用纳入本文。
技术介绍
本公开涉及提供能量和功率益处的装置。
技术实现思路
在实施方式中，本公开提供了提供优异能量和功率输出的集成装置，以及制造和使用该集成能量和功率装置(IEPD)的方法。附图简要说明在本公开的实施方式中：图1为示出了在调整期间实施例1、2和3的三种本专利技术的IEPD装置的能量密度的曲线图。图2为示出了实施例1、2和3的每种IEPD装置的速率性能的曲线图。图3为示出了实施例1、2和3的每种IEPD装置的循环性能的曲线图。图4为法拉第阳极电极组合物(500)的截面示意图，其包括硬碳(510)和石墨(520)，二者分别涂布在铜箔(530)的相对侧上。图5为另一个法拉第阳极电极组合物(600)的截面示意图，其包括涂布在铜箔(530)两侧上的硬碳(510)。图6为另一个法拉第阳极电极组合物(700)的截面示意图，其包括涂布在铜箔(530)两侧上的石墨(520)。图7为具有法拉第阴极组合物——例如锂过渡金属络合物(810)——的法拉第阴极电极(900)的截面示意图，所述法拉第阴极组合物涂布在铝箔(830)的两侧上。图8为具有非法拉第材料组合物——例如活性碳(820)——的非法拉第阴极电极(1000)的截面示意图，所述非法拉第材料组合物涂布在铝箔(830)的两侧上。图9示出了实施例1的示例性IEPD构造(1300)。图10示出了实施例2的示例性IEPD构造(1400)。图11示出了实施例3的示例性IEPD构造(1500)。图12A和12B分别示出了示例性IEPD的示意图。具体实施方式下面参考附图(如果有的话)对本公开的各个实施方式进行详细描述。参考各个实施方式不限制本专利技术的范围，本专利技术的范围仅受所附权利要求书的范围限制。此外，在本说明书中列出的任何实施例都不是限制性的，并且仅列出了要求保护的本专利技术的诸多可能的实施方式中的一些实施方式。定义“集成”或类似术语，在所公开的集成能量和功率装置(IEPD)或同义公开的能量和功率装置(EPD)的上下文中是指将能量产生或储存部件和功率产生或储存部件结合成或物理集成成单个装置。“法拉第”或类似术语是指通过存在于系统中的化学物质的氧化或还原来生成电流的系统。“非法拉第”或类似术语是指通过吸附或解吸的静电电荷产生电流而不是通过化学物质的还原或氧化产生电流的系统。“阴极法拉第能量储存材料”或类似术语是指在充电过程中位于阴极上或可以位于阴极上的带正电荷的材料。“阳极法拉第能量储存材料”或类似术语是指在充电过程中位于阳极上或可以位于阳极上的带负电荷的材料。“阴极非法拉第能量储存材料”或类似术语是指通过电荷的静电吸附或解吸产生电流的材料。“活性碳”、“活性的碳”或类似术语是指通过首先在惰性环境中形成炭；随后通过使碳与氧化剂(例如蒸气或CO2)反应，或者作为替换，用碱性化合物(例如KOH、NaOH等碱性化合物)或酸(例如磷酸)处理炭的源自合成或天然有机来源的碳。碱或酸处理使碳氧化并且形成了具有大的表面积的细孔隙度。经处理的碳提供了具有双层储存机制的能量储存材料。“相邻的”或类似术语是指，例如：靠近或接近；共享边界、壁、或点；面对面；间隔0.01至100mm的距离，包括或排除间插的隔膜元件和电解质组分，或其组合。“单一电解质”或类似术语是指，例如：在一个或多个电极之间共用的离子传导组合物。“阳极”、“阳极电极”、“负电极”或类似术语是指正电荷通过其流入极化电气装置的电极，并且电子从电极流出到外部电路。“阴极”、“阴极电极”、“正电极”或类似术语是指正电荷从其流出极化电气装置的电极。“康宁碳(Corningcarbon)”是指如下由小麦粉前体制备的活性碳。在650℃至700℃下碳化小麦粉。将被碳化的碳研磨至约5微米的粒度。然后将经研磨的被碳化的碳在750℃下用KOH(碱)以KOH:碳的重量比为2.2:1活化2小时。将该碳用水进一步洗涤以除去任何剩余的KOH。然后用HCl处理所形成的活性碳以中和任何痕量的KOH，接着用水洗涤以将该碳中和至pH7。然后在氮气和氢气形成气体下，在900℃下热处理该活性碳2小时。“包括”、“包含”或类似术语意为包括但不限于，即内含而非排它。用来描述本公开的实施方式的修饰例如组合物中成分的量、浓度、体积、工艺温度、工艺时间、产量、流速、压力、粘度等数值及其范围，或者部件尺寸等数值及其范围的“大约”是指数量的变化，可发生在例如：用于制备材料、组合物、复合物、浓缩物、部件零件、制品或应用制剂的典型测定和处理步骤中；这些步骤中的无意误差；用来实施所述方法的原料或成分的制造、来源、或纯度方面的差异中；以及类似的考虑因素中。术语“约”还包括由于组合物或制剂的老化而与特定的初始浓度或混合物不同的量，以及由于混合或加工组合物或制剂而与特定的初始浓度或混合物不同的量。“任选的”或“任选地”意为随后描述的事件或情形可发生，或可不发生，而且该描述包括事件或情形发生的情况和所述事件或情形不发生的情况。除非另有说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该/所述”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。可采用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如，表示小时的“h”或“hrs”；表示克的“g”或“gm”；表示毫升的“mL”；表示室温的“rt”；表示纳米的“nm”以及类似缩写)。在组分、成分、添加剂、尺度、条件、时间和类似方面公开的具体和优选的数值及其范围仅用于说明；它们不排除其它限定数值或限定范围内的其它数值。本公开的组合物和方法可包括本文所描述的任何数值或数值、具体数值、更具体的数值和优选数值的任何组合，包括显义或隐义的中间值和中间范围。在实施方式中，本公开提供了一种锂离子能量和功率系统，其包括：壳体，所述壳体含有：至少三个电极，所述电极包括：至少一个第一电极，所述至少一个第一电极包括阴极法拉第能量储存材料；至少一个第二电极，所述至少一个第二电极包括阳极法拉第能量储存材料；和至少一个第三电极，所述至少一个第三电极包括阴极非法拉第能量储存材料，其中所述至少一个第一电极与所述至少一个第二电极相邻，并且所述至少一个第三电极与所述至少一个第二电极相邻，并且所述至少一个第二电极，即法拉第阳极或阳极法拉第能量储存材料，其与电耦合的至少一个第一电极，即法拉第阴极或阴极法拉第能量储存材料和所述至少一个第三电极，即非法拉第阴极或阴极非法拉第能量储存材料电学隔离；位于相邻电极之间的隔膜；和在相邻电极之间的液体电解质。在实施方式中，本公开提供了一种集成能量和功率制品、装置或系统，其包括：壳体，所述壳体含有：至少三个电极，所述电极包括：至少一个第一电极，所述至少一个第一电极包括阴极法拉第能量储存材料；至少一个第二电极，所述至少一个第二电极包括阳极法拉第能量储存材料；和至少一个第三电极，所述至少一个第三电极包括阴极非法拉第能量储存材料，其中所述至少一个第一电极与所述至少一个第二电极相邻，并且所述至少一个第三电极与所述至少一个第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子能量和功率系统，其包括：壳体，所述壳体含有：至少三个电极，其包括：至少一个第一电极，所述至少一个第一电极包括阴极法拉第能量储存材料；至少一个第二电极，所述至少一个第二电极包括阳极法拉第能量储存材料；和至少一个第三电极，所述至少一个第三电极包括阴极非法拉第能量储存材料，其中所述至少一个第一电极与所述至少一个第二电极相邻，并且所述至少一个第三电极与所述至少一个第二电极相邻，并且所述至少一个第二电极与电耦合的至少一个第一电极和所述至少一个第三电极电学隔离；位于相邻电极之间的隔膜；和在相邻电极之间的液体电解质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.30 US 14/610,7061.一种锂离子能量和功率系统，其包括：壳体，所述壳体含有：至少三个电极，其包括：至少一个第一电极，所述至少一个第一电极包括阴极法拉第能量储存材料；至少一个第二电极，所述至少一个第二电极包括阳极法拉第能量储存材料；和至少一个第三电极，所述至少一个第三电极包括阴极非法拉第能量储存材料，其中所述至少一个第一电极与所述至少一个第二电极相邻，并且所述至少一个第三电极与所述至少一个第二电极相邻，并且所述至少一个第二电极与电耦合的至少一个第一电极和所述至少一个第三电极电学隔离；位于相邻电极之间的隔膜；和在相邻电极之间的液体电解质。2.如权利要求1所述的装置，其中，在所述第一电极中的阴极法拉第能量储存材料包括锂过渡金属络合物，在所述第二电极中的阳极法拉第能量储存材料包括具有1至500m2/g的低表面积的嵌入硬碳或石墨，并且在所述第三电极中的阴极非法拉第能量储存材料包括具有800至3000m2/g的高表面积的碳。3.如权利要求1至2中任一项所述的装置，其中：所述阴极法拉第能量储存材料为锂过渡金属络合物，所述锂过渡金属络合物选自：LiCoO2、LiMn1.5Ni0.5O4、LiMn2O4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNiCoAlO2或其混合物；所述阳极法拉第能量储存材料选自：硅纳米颗粒；多孔硅；锡纳米颗粒；石墨烯；钒氧化物来源的化合物；碳纳米管；钛氧化物来源的化合物；锗；锑；石墨碳；硬碳；或其混合物；并且所述阴极法拉第能量储存材料选自：表面积为800至3000m2/gm的活性碳并且活性碳在至少一个第三电极中占总活性材料的51至100重量％；活性碳与石墨的混合物；活性碳与硬碳的混合物；或它们的混合物。4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，阴极法拉第能量储存材料、非阴极法拉第能量储存材料以及阳极法拉第能量储存材料包括具有由式(I)、(II)或(III)中的至少一个表示的相对空间关系的部件：C/S\A\S/C/S\A\S/C/S\A\S/C/S\A\S/CSC’/S\A\S/C’(I)；C/S\A\S/C/S\A\S/CSC’/S\A\S/C’(II)；C/S\A\S/C/S\A\S/C/S\A\S/C/S\A\S/C/S\A\S/C/S\A\S/CSC’/S\A\S/C’(III)，其中，“C”为法拉第阴极，“C’”为非法拉第阴极，“/”为单侧涂层，“/C/”为在两侧上涂布了的法拉第阴极，“S”为隔膜，以及“\A\”为在两侧上涂布了的法拉第阳极。5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述至少三个电极中的至少两个包括多个阴极法拉第能量储存材料电极和多个阴极非法拉第能量储存材料电极，其中，阴极法拉第电极的数目与阴极非法拉第电极的数目之比为0.01至50。6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其还包括用于每个电极的外部连接器，或者用于两个或多个相同电极的每个组的外部连接器。7.如权利要求6所述的装置，其还包括连接至每个电极或两个或多个相同电极的每个组的每个外部连接器的外部开关。8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，将阳极法拉第能量储存材料涂布在铜箔集流器上，并且将阴极法拉第能量储存材料和阴极非法拉第能量储存材料各自分别涂布在铝箔集流器上。9.如权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，电解质选自以下至少一种：在非水性溶剂中的LiPF6；鎓...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·P·加德卡埃，R·S·卡达姆，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US