电能存储系统技术方案

一种具有新型结构的电能量存储系统，它显示出长循环寿命、快速充电－放电特性和高能量密度。电能存储系统包括：由第一种材料构成的阳极，所述第一种材料作为阳极活性材料，进行阳离子的嵌入－脱出；由第二种材料构成的阴极，所述第二种材料作为阴极活性材料，可与阴离子形成双电层；和包括锂盐和铵盐的电解质，该电解质包含阳离子和阴离子。由于在阳极和阴极之间在存储电能的容量方面具有很大差别，在电能的充入－放出的过程中产生的大部分电化学影响被吸收到阴极中，用于阳极的活性材料是具有非常高的耐电化学和结构影响的活性碳，它具有快速充电－放电特性。电能存储系统可弥补传统技术的缺陷。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电能存储系统
本专利技术涉及电能存储系统，尤其涉及通过采用含锂过渡金属氧化物作为阳极活性材料和活性碳作为阴极活性材料的方式制备的新型电能存储系统。
技术介绍
就传统而言，作为用于存储电能的有代表性的传统装置，可能提及电池、电容器等。具体而言，锂可充电电池和电化学电容器是电能存储系统的典型例子。由于锂可再充电电池具有高容量，近年来被广泛应用。近年来，锂可再充电电池被用作附着于许多便携式电设备上的能量存储系统并具有高能量密度，因此开始在传统可再充电电池例如Ni-Cd可再充电电池、Ni-H电池、碱性电池等的市场中占据市场分额。然而，锂可再充电电池不能用于电动汽车，其中需要量突然升高，认为充放电使用期限太短。近来，锂可再充电电池具有达到约500次的充电-放电使用期限。然而，为了将电能存储系统应用于电动汽车，电能存储系统应当具有高于100,000次的充电-放电寿命并具有迅速充电和放电的特点。然而，由于驱动原理，电能存储系统具有短循环寿命并且不能迅速地充电和放电。锂可再充电电池的电能存储系统不能满足这样的技术要求。这种锂可再充电电池采用能够使锂电化学嵌入-脱出的金属氧化物作为阳极材料、石墨作为阴极材料。从阴极和阳极嵌入-脱出(interaction-deinteraction)锂的过程是非常缓慢并对包括在阴极和阳极内的活性材料的结构产生很大影响的电化学反应，因此缩短了电池的寿命。此外，人们知道反复快速地放电-充电迅速地缩短了电池的循环寿命。作为电能存储系统之一的另一代表性的电化学电容器是双电层电容器(EDLC)。EDLC采用作为阴极、阳极活性材料的具有大表面积的活性碳和包括铵盐例如四氟硼酸四铵和六氟磷酸四乙铵的电解质。这些铵盐在具有大表面积的活性碳的界面上产生双电层。也就是说，通过静电作用在电极和电解-->质之间的界面上形成具有彼此不同极性的电荷层。所得到的电荷分布称作双电层。结果，活性碳的表面区域具有与一电容器相同电容。因此，由于产生双电层的过程是一种迅速的电化学反应，不会对活性材料造成结构的影响，双电层表现出长循环寿命和快速地充电-放电特性。然而，用做活性材料的活性碳的表面积不能无限制的扩大，和电化学氧化-还原反应相比，用于存储由双电层获得的电能的电容非常低，因此不可能获得高能量密度。与上述可再充电电池相比，EDLC表现出与可再充电电池相反的特性。也就是说，EDLC表现出快速放电和充电的特性、比可再充电电池更长的循环寿命，并对于宽温度范围很有用，正如由驱动原理所期望的那样。然而，和可再充电电池相比，EDLC具有能量密度非常低的致命弱点。此外，存在采用金属氧化物的另一种电化学电容器，它表现出与EDLC类似的特性。美国专利US5600535(授予Jow等人)公开了一种电化学电容器，它采用非晶金属氧化物作为活性材料。同样，上述专利描述，如果采用氧化钌，可获得430F/g的高容量。然而，这一数值表示容量高于传统EDLC，但不表示容量高于锂可再充电电池。并且，二氧化钌的制造成本非常高，因而二氧化钌不能实际用于电极的活性材料。金属氧化物的电化学电容器的阴极和阳极均由非晶金属氧化物构成。同时，美国专利US6252762(授予Amatucci)公开了一种混合电池/超电容器系统，其中可进行充电-放电。在上述系统中，可进行离子的嵌入-脱出的电极用作阴极，对于电容器它是阳极。上述专利公开了在电池中的高能量密度特性和在电容器中的快速充电-放电特性和长寿命-时间。然而，即使在具有这种新型结构的系统中，也需要在能量密度、充电-放电特性和长寿命时间方面的特性的更多改善。本专利技术人在2000年11月28日申请的、专利技术名称为“采用有机电解质的金属氧化物的电化学伪电容器”的韩国专利申请No.2000-71136中公开了一种采用锂盐和铵盐作为有机电解质溶质的系统。该申请是美国专利申请No.09/824699的优先申请。上述申请在两个国家正在审查中。上述申请公开了将可应用于不同系统的两种盐引入一个系统中的技术。也就是说，上述申请公开了同时采用可应用于锂可再充电电池的锂盐和可应用于电容器例如EDLC的铵盐的系统。该系统表现出令人满意的容量特性。-->根据上述公开内容，当仅采用一种盐时，不能获得令人满意的结果。当仅采用锂盐时，导电率变低，使得伪电容器(pseudocapacitor)不能用作电容器。当向其加入作为支撑电解质的铵盐时，导电率变高，使得可获得所希望的结果。
技术实现思路
为了克服传统锂可再充电电池的上述问题例如循环寿命短和充电-放电特性缓慢，并克服作为电化学电容器的缺点之一的低能量密度，本专利技术的目的是提供一种具有新型结构的电能存储系统，它表现出长循环寿命、快速充电-放电特性和高能量密度。为了完成上述目的，在本专利技术中提供了一种电能存储系统，它包括：由一种第一种材料构成的一个阳极，所述第一种材料作为阳极活性材料进行阳离子的嵌入-脱出；由一种第二种材料构成的一个阴极，所述第二种材料作为阴极活性材料，可与阴离子形成双电层；和包括锂盐和铵盐的一种电解质，该电解质包含阳离子和阴离子。作为优选，阳极活性材料是包含锂和过渡金属的氧化物，阴极活性材料包含活性碳。本专利技术的上述目的可以通过一种电能存储系统来实现，该系统包括：包含作为阳极活性材料、进行阳离子的嵌入-脱出的第一种材料的阳极；包含作为阴极活性材料、可与阴离子形成双电层的第二种材料的阴极；以及含有锂盐的电解质，该电解质包括阳离子和阴离子。特别是，作为上述过渡金属，优选可采用选自由Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo和Ni构成的组中的至少一种。作为含有锂和过渡金属的氧化物，可提到LiCoO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiMoO2、LiV2O5、LiCoxNi1-xO2(0＜x＜1)等类似材料。电解质可包括处于溶解状态的锂盐例如LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiPF4等，同时包括处于溶解状态的铵盐例如四氟硼酸四乙铵((CH3，CH2，)4，NBF6)、六氟磷酸四乙铵((CH3，CH2，)4，NPF6)、过氯酸四乙铵((CH3CH2，)4，NCIO4)。本专利技术通过采用含锂过渡金属作为阳极活性材料、活性碳作为阴极活性-->材料和包括锂和铵盐或仅包括锂盐的电解质，能够克服在传统电能存储系统例如锂可再充电电池和EDLC中的所有缺陷。附图说明图1说明作为根据本专利技术的电能存储系统的一个例子的卷绕型(windingtype)电池的示意性结构。图2说明作为根据本专利技术的电能存储系统的一个例子的组件型(packingtype)电池的示意性结构。图3是说明当把电压施加于系统时在阴极和阳极之间的电压变化的曲线图，其中，作为根据本专利技术的电能存储系统的一个例子，作为阳极，采用含锂的过渡金属氧化物LiCoO2作为阴极，采用活性碳的BP作为电解质，采用通过将1M的LiPF6和1M的(CH3CH2)NBF4溶解在乙腈中所制成的有机电解质。图4是说明由伏特扫描法测得的、与图3相同系统的结果的曲线图。图5是说明当对与图3相同的系统进行充电、然后以100mA、500mA、1A和3A对该系统进行放电而获得的结果的曲线。图6是说明在对与图3相同的系统进行放电、然后以1V-2.3V充电10000次的过程中在容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电能存储系统，包括：一阳极，其包括作为一阳极活性材料的一第一种材料，所述第一种材料进行阳离子的嵌入－脱出；一阴极，其包括作为一阴极活性材料的一第二种材料，所述第二种材料可与阴离子形成一双电层；和一电解质，其包含所 述阳离子和所述阴离子，所述电解质既包括锂盐又包括铵盐。

【技术特征摘要】
KR 2001-12-7 2001/77219;KR 2002-2-23 2002/97511.一种电能存储系统，包括：一阳极，其包括作为一阳极活性材料的一第一种材料，所述第一种材料进行阳离子的嵌入-脱出；一阴极，其包括作为一阴极活性材料的一第二种材料，所述第二种材料可与阴离子形成一双电层；和一电解质，其包含所述阳离子和所述阴离子，所述电解质既包括锂盐又包括铵盐。2.根据权利要求1所述的电能存储系统，其中所述阳极活性材料包含由锂和过渡金属构成的氧化物。3.根据权利要求2所述的电能存储系统，其中所述过渡金属是选自由Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo和Ni构成的组中的至少一种。4.根据权利要求2所述的电能存储系统，其中所述氧化物是选自由LiCoO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiMoO2、LiV2O5和LiCoxNi1-xO2(0＜x＜1)构成的组中的至少一种。5.根据权利要求1所述的电能存储系统，其中所述阴极活性材料包括活性碳。6.根据权利要求5所述的电能存储系统，其中所述活性碳的比表面积不低于200m2/g。7.根据权利要求1所述的电能存储系统，其中所述锂盐是从由LiBF4、LiAsF6、LiClO4和LiPF6构成的组中选出的至少一种。8.根据权利要求1所述的电能存储系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李熙英，李河泳，金熙洙，
申请(专利权)人：奈斯卡普股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]