具有盐包水电解质的水基混合锂离子电容器电池制造技术

本公开提供了一种电池，所述电池具有浸入盐包水电解质溶液中的多个电极。盐包水电解质溶液包含足够量的锂盐，所述锂盐放置在水性溶剂中，每千克水性溶剂至少14摩尔锂盐，以使离解的锂离子被小于4个水分子溶剂化。多个电极包括以预定的布置顺序选择性地组装到电极堆叠组件中的第一类型电极、第二类型电极和第三类型电极。第一类型电极包括活性炭，第二类型电极包括锂锰氧化物(LMO)和二氧化钛(TiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有盐包水电解质的水基混合锂离子电容器电池
本公开总体上涉及混合锂离子电容器电池，更具体地涉及具有盐包水电解质的混合锂离子电容器电池。
技术介绍
典型的锂离子电池由阳极层、阴极层、分隔阳极层和阴极层的隔膜层、正集电器和负集电器形成。锂离子电池还包括配制为通过多孔隔膜层在放电过程期间将锂阳离子(Li+)从阳极携带到阴极，反之亦然的电解质溶液。Li+的运动在阳极中产生自由电子(e-)，其在正集电器上产生电荷。然后，电流从集电器流过受电设备，例如手机、计算机等，流向正集电器。隔膜层阻止电池内部电子的流动。配制用于锂电池的有机电解质以满足性能标准，例如电导率、工作温度范围和电压稳定性范围。有机电解质包括线性和环状碳酸烷基酯的组合，这些组合使得可以使用Li+作为阳极活性成分，并导致锂离子化学物质具有高功率和能量密度特性。然而，对于某些应用，这些有机电解质可能具有高于期望的挥发性和反应性。由于锂离子电池的期望特性，例如与镍金属氢化物、镍镉或铅酸电池相比，具有保持相对高的能量密度的能力，以及在不保留记忆效应的情况下，能够在多个循环内完全或部分充电和放电的能力，锂离子电池的使用正在继续扩展到更大的电气设备，例如混合动力车辆和电动车辆。因此，持续需要增加能量密度(能量密度是电池相对于其质量所能储存的能量的量)和功率密度(功率密度是电池相对于其质量所能产生的功率的量)，用于在重量减轻和续航方面提高车辆性能。因此，在锂离子电池达到其预期目的的同时，仍然需要增加锂离子电池的能量密度和功率密度。还需要在较大范围的操作条件下与有机电解质相比具有较低挥发性和反应性的电解质溶液，同时还能提供所需的改进的能量密度和功率密度。
技术实现思路
根据多个方面，一种电池得以公开，所述电池具有浸入盐包水电解质溶液中的多个电极。盐包水电解质溶液包含足够量的锂盐，所述锂盐放置在水性溶剂中，使得在水性溶剂中从锂盐离解的锂离子被小于4个水分子溶剂化。在本公开的另一方面，所述多个电极包括第一类型电极和第一对第二类型电极。第一类型电极夹在所述第二类型电极对之间，从而形成3电极堆叠组件。在本公开的另一方面，多个电极还包括将3电极堆叠组件夹在中间的一对第三类型电极，从而形成5极堆叠组件。在本公开的另一方面，多个电极还包括将5电极堆叠组件夹在中间的第二对第二类型电极，从而形成7电极堆叠组件，并且一对第一类型电极将7电极堆叠组件夹在中间，从而形成9电极堆叠组件。第一类型电极包括活性炭材料。第二类型电极包括锂锰氧化物(LMO)和二氧化钛(TiO2)之一，并且第三类型电极包括LMO和TiO2中的另一个。在本公开的另一方面，第一类型电极和第三类型电极是阳极。第一类型电极包括活性炭和二氧化钛(TiO2)中的一个，并且第三类型电极包括活性炭和TiO2中的另一个。第二类型电极是包括LMO的阴极。在本公开的另一方面，第一类型电极和第三类型电极是阴极。第一类型电极包括活性炭和锂锰氧化物(LMO)中的一个，并且第三类型电极包括活性炭和LMO中的另一个。第二类型的电极是包括TiO2的阳极。根据多个方面，公开了具有多个电极的电池，所述多个电极浸入盐包水电解质溶液中。多个电极包括活性炭阳极和活性炭阴极。在本公开的其他方面，多个电极还包括第一对电极，所述第一对电极包括将2堆叠组件夹在中间的阴极和阳极，从而形成4堆叠组件，阴极邻近活性炭阳极，并且阳极邻近活性炭阴极。在本公开的另一方面，阴极包括活性炭和LMO之一，并且阳极包括活性炭和TiO2之一。在本公开的另一方面，活性炭阳极和活性炭阴极夹在多个交替的阴极和阳极之间。阴极包括活性炭和锂锰氧化物(LMO)之一，并且阳极包括活性炭和二氧化钛(TiO2)之一。在本公开的另一方面，盐包水电解质溶液包括放置在水性溶剂中的足够量的锂盐，使得在水性溶剂中从锂盐离解的锂离子被大于1.5但小于4个水分子溶剂化。根据多个方面，具有水性电解质溶液的电池得到公开。水性溶剂包括多个水分子和足够摩尔量的锂盐从而使在水性溶剂中从锂盐离解的锂离子被大于1.5但小于4个水分子溶剂化。在本公开的其他方面，水性电解质溶液包含每千克的水性溶剂为至少14摩尔的锂盐。在本公开的另一方面，锂盐包括选自由双(三氟甲磺酰基)亚氨基锂(LITFSI)、三氟甲磺酸锂(LICF3SO3)、双(三氟甲磺酰基)亚氨基镁(MgTFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚氨基钙(CaTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LIBOB)、二氟(草酸)硼酸锂(LIDFOB)和双(氟磺酰基)亚氨基锂(LIFSI)组成的组中的至少一种锂盐。在本公开的另一方面，电池还包括多个电极。多个电极包括夹在LMO阴极和活性碳阴极之间的活性炭阳极，或夹在活性碳阳极和TiO2阳极之间的活性炭阴极。根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。附图说明本文描述的附图仅出于说明的目的，并且无意于以任何方式限制本公开的范围。图1是混合锂离子电容器电池的第一实施方案的示意图；图2是混合锂离子电容器电池的第二实施方案的示意图；图3是混合锂离子电容器电池的第三实施方案的示意图；图4是用于混合离子电容器电池的盐包水电解质溶液的放大视图的示意图；图5是用于混合离子电容器电池的示例性盐包水电解质溶液的电化学窗口曲线图；图6是用于测试包含盐包水电解质溶液的阴极和阳极的各种组合的纽扣电池的示意图；图7到图10是测试包含盐包水电解质溶液的阴极和阳极的各种组合的图6的纽扣电池的充放电曲线；图11是具有浸入盐包水电解质溶液中的活性炭电极的混合锂电池的示意图；以及图12是图11的烧杯电池的充放电曲线。具体实施方式以下描述本质上仅是示例性的，并无意于限制本公开、应用或用途。参照附图公开了所示出的实施方案，其中，贯穿多个附图，相同的标号指示相同或相应的部分。附图不一定按比例绘制，并且某些特征可能被放大或最小化以示出特定特征的细节。所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而应作为教导本领域技术人员如何实践所公开概念的代表性基础。通常，锂离子电池由夹在阳极和阴极之间的隔膜，与阴极电接触的正集电器和与阳极电连接的负集电器组成。将阳极、阴极和隔膜浸入到电解质溶液中，所述电解质溶液通过隔膜在阳极与阴极之间(反之亦然)携带带正电的锂离子(Li+)。在电池放电时，阳极将Li+释放到阴极。Li+的运动在阳极中产生自由电子，所述自由电子从负集电器通过受电设备(手机、计算机等)流向正集电器。隔膜阻止电池内部的电子流动。在充电时，相反的情况发生，其中Li+由阴极释放并由阳极接收。可以将活性炭结合到锂离子电池中以形成混合锂离子电容器电池，下面将详细描述其中几个实施方案。隔膜放置在阴极和活性炭阳极之间，或在阳极和活性炭阴极之间。活性炭层也可以用作阴极和/或阳极。在混合电池中提供以下详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池，包括浸入在盐包水电解质溶液中的多个电极，其中所述盐包水电解质溶液包含足够量的锂盐，所述锂盐放置在水性溶剂中，使得在所述水性溶剂中从所述锂盐离解的锂离子被小于4个水分子溶剂化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电池，包括浸入在盐包水电解质溶液中的多个电极，其中所述盐包水电解质溶液包含足够量的锂盐，所述锂盐放置在水性溶剂中，使得在所述水性溶剂中从所述锂盐离解的锂离子被小于4个水分子溶剂化。


2.根据权利要求1所述的电池，其中所述多个电极包括：
第一类型电极，和
第一对第二类型电极，其中所述第一类型电极夹在所述第二类型电极对之间，从而形成3电极堆叠组件。


3.根据权利要求2所述的电池，还包括将所述3电极堆叠组件夹在中间的一对第三类型电极，从而形成5电极堆叠组件，其中所述第一类型电极包括活性炭。


4.根据权利要求3所述的电池，还包括：
将所述5电极堆叠组件夹在中间的第二对第二类型电极，从而形成7电极堆叠组件；并且
将所述7电极堆叠组件夹在中间的一对第一类型电极，从而形成9电极堆叠组件；其中所述第二类型电极包括LMO和TiO2中的一个，并且所述第三类型电极包括所述LMO和TiO2中的另一个。


5.根据权利要求2所述的电池，其中所述第一类型电极和所述第三类型电极是阳极。


6.根据权利要求5所述的电池，其中所述第一类型电极包括活性炭和二氧化钛(TiO2)之一，并且所述第三类型电极包括所述活性炭和所述TiO2中的另一个。


7.根据权利要求6所述的电池，其中所述第二类型电极是包括LMO的阴极。


8.根据权利要求2所述的电池，其中所述第一类型电极和所述第三类型电极是阴极。


9.根据权利要求8所述的电池，其中所述第一类型电极包括活性炭和锂锰氧化物(LMO)之一，并且所述第三类型电极包括所述活性炭和LMO中的另一个。


10.根据权利要求9所述的电池，其中所述第二类型电极是包括TiO2的阳极。


11.一种电池，包括：
浸入盐包水电解质溶液中的多个电极，其中所述多个电极包括：
活性炭阳极，和
活性炭阴极。

【专利技术属性】
技术研发人员：陆涌，苏启立，刘海晶，武晶晶，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US