一种固态储能单元制造技术

本发明专利技术公开了一种固态储能单元，其特征在于：包括两个极板；两层薄层，两层所述薄层分别附着在两个所述极板的相对侧面上，所述薄层为多孔构造；固态离子导电层，所述固态离子导电层置于两层所述薄层之间。本发明专利技术利用固态储能代替液态储能，同时能够藏储锂原子以及可以储藏和放出锂离子，提高储能密度，明显缩短充放电时间，优化能量存储单元的能量和充放电跟踪响应性能。响应性能。响应性能。

【技术实现步骤摘要】
一种固态储能单元


[0001]本专利技术涉及储能电池，具体是一种固态储能单元。

技术介绍

[0002]仿照液态电气二重层的蓄电构造的固态电气二重层(S
‑
EDLC:Solid
‑
Electric Double Layer Capacitor)虽然还没有在储能市场内得到大量的应用，但已受到极大的重视，在全世界范围内对S
‑
EDLC的开发正如火如荼地展开。固态储能单元构造与液态储能单元在蓄电结构上高度相似，最显著的区别是采用没有爆炸腐蚀且电学性质更加稳定的固态媒质，因此对蓄电无贡献的空间得以去除等诸难题得以改进，但是在迄今为止的方案中，对提高储能质量的无关体积还是占了相当的体积，这对进一步提高储能密度形成了难以逾越的物理壁垒。

技术实现思路

[0003]为解决上述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种固态储能单元，本专利技术利用固态储能代替液态储能，同时能够储藏锂原子以及可以储藏和放出锂离子，提高储能密度，明显缩短充放电时间，优化能量存储单元的能量和充放电跟踪响应性能。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种固态储能单元，包括两个极板；
[0005]两层薄层，两层所述薄层分别附着在两个所述极板的相对侧面上，所述薄层为多孔构造；
[0006]固态离子导电层，所述固态离子导电层置于两层所述薄层之间。
[0007]进一步地，当两个所述极板外加电压为阈值电压时，所述固态离子导电层靠近两个所述极板的部分与该对应极板和对应薄层共同形成扩散型电气二重层。
[0008]进一步地，当两个所述极板外加电压大于所述阈值电压时，发生电化学反应，电能以化学能的形式储藏。
[0009]进一步地，两个所述极板间承受的最大电压高于8V。
[0010]进一步地，所述固态离子导电层的厚度5
‑
50nm。
[0011]进一步地，所述固态离子导电层采用耐压高的离子晶体薄层。
[0012]进一步地，所述固态储能单元的总厚度15
‑
80nm。
[0013]进一步地，两个所述极板均采用薄金属铜材料。
[0014]综上所述，本专利技术取得了以下技术效果：
[0015]1、本专利技术在固态蓄电媒质基础上推出固态薄膜准电容储能单元构造，对应正极和负极的储能含锂金属化合物夹着离子导体薄层，正极和负极用薄金属铜作为对外引线，两个极板和薄层均采用较薄的材料，能够压缩厚度，减小体积，去除大量无用的储能空间；
[0016]2、本专利技术S
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QC具有极薄的固体薄层可以明显缩短充放电时间，优化能量存储单元的能量、充放电跟踪响应性能；
[0017]3、本专利技术S
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QC能量密度比S
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EDLC和L
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EDLC高一个数量级；
[0018]4、本专利技术S
‑
QC利用固态导电层无爆炸隐患问题；
[0019]5、本专利技术S
‑
QC储能芯片给储能单元施加超过阈值电压时，发生电化学反应，电能以化学能的形式储藏，其最大电压可超过8V。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例提供的液态L
‑
EDLC的构造原理图；
[0021]图2是本专利技术实施例提供的固态S
‑
EDLC的构造原理图；
[0022]图3是本专利技术实施例提供的S
‑
QC的构造原理图；
[0023]图4是本专利技术实施例提供的传统离子电池动作机理示意图；
[0024]图5是本专利技术实施例提供的S
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QC储电单元的工作原理；
[0025]图6是本专利技术实施例提供的S
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EDLC储电单元示意图；
[0026]图7是本专利技术实施例提供的S
‑
QC储电单元示意图；
[0027]图8是本专利技术实施例提供的4种储能电池的能量密度与功率密度的关系示意图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]本具体实施例仅仅是对本专利技术的解释，其并不是对本专利技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本专利技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。
[0030]实施例：
[0031]市场化的液态电介质层L
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EDLC(液态电解质电气二重型电容器型储能电池，下述液态L
‑
EDLC)的缺点非常明显：
①
高温时会局部膨胀气化爆炸；
②
储能元器件的体积和自重都相对大。如图1所示为液态L
‑
EDLC的构造以及对储能无贡献区域示意图，其中无贡献区域较大，储能密度较低。
[0032]在介绍本专利技术之前，先介绍一下固体离子导电型电容器型储能电池(Solid Electric Double Layer Capacitor)，即S
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EDLC，下述固态S
‑
EDLC。
[0033]固态S
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EDLC是针对液态L
‑
EDLC提出的固态储能构造，具体是利用固态导电代替液态导电，其中，如图2所示，其具备第一极板1和第二极板2以及夹设于两个极板之间的固态离子导电层3，其相对于液态储能提高了储能密度、降低了体积和厚度。
[0034]而本专利技术提出一种固态储能单元，如图3所示，包括两个极板，具体是第一极板1和第二极板2，其中，第一极板1作为正极，第二极板2作为负极。
[0035]本专利技术的固态储能单元还包括两层薄层，两层薄层分别附着在两个极板的相对侧面上，薄层为多孔构造；具体是第一薄层4贴附在第一极板1的内壁上，第二薄层5贴附在第二极板2的内壁上，第一薄层4和第二薄层5均采用多孔的形式便于储存和释放锂离子，其中，第一薄层4和第二薄层5采用藏储锂原子以及可以储藏和放出锂离子的材料，例如第一薄层4为LiCoO2、LiNiO2或Li1+x(Fe0.3Mn0.5Ti0.2)1
‑
xO2(0<x<1/3)等材料；第二薄层5为Li4Ti5O12/C复合材料或SiOx复合材料等。
[0036]本专利技术的固态储能单元还包括固态离子导电层3，固态离子导电层3置于两层薄层
之间，具体是置于第一薄层4和第二薄层5之间。
[0037]在本实施例中，两个极板均采用薄金属铜材料，鉴于铜金属的良好延展性和加工特性，以上述两个极板、两层薄层、一个固态离子导电层形成准电容复合构造，即如图3所示的对应正极和负极的储能锂金属夹着离子导体薄层构造，且该构造的正极和负极用薄金属铜作为对外引线。也就是说，相对于基于液态蓄电媒质材质的液态准电容储能单元来说，本专利技术是基于固态蓄电媒质的固态薄膜准电容储能单元构造，即固态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态储能单元，其特征在于：包括两个极板；两层薄层，两层所述薄层分别附着在两个所述极板的相对侧面上，所述薄层为多孔构造；固态离子导电层，所述固态离子导电层置于两层所述薄层之间。2.根据权利要求1所述的一种固态储能单元，其特征在于：当两个所述极板外加电压为阈值电压时，所述固态离子导电层靠近两个所述极板的部分与该对应极板和对应薄层共同形成扩散型电气二重层。3.根据权利要求2所述的一种固态储能单元，其特征在于：当两个所述极板外加电压大于所述阈值电压时，发生电化学反应，电能以化学能的形式储藏。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文秀，佐佐木実，赵百通，高向曈，
申请(专利权)人：宜兴市昱元能源装备技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：