本发明专利技术的实施方式提供了一种超级电容器，包括壳体，其中壳体内设置了若干组负极(1)和正极(2)、位于所述若干组负极(1)和正极(2)中的每个负极(1)和正极(2)之间的第一多孔绝缘层(3)和位于所述若干组负极(1)和正极(2)中的每两个负极(1)和正极(2)中的第二多孔绝缘层(3')。所述负极(1)包括电流收集器(4)，所述电流收集器(4)的两个侧面(5,6)上涂覆了一层不同厚度的同样的活性材料。所述正极(2)包括电流收集器(7)，其中所述电流收集器(7)的任一侧面(8,9)上涂覆了一层多孔的不同的活性材料。面(8,9)上涂覆了一层多孔的不同的活性材料。面(8,9)上涂覆了一层多孔的不同的活性材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设置有堆叠或卷绕正负极组并设置绝缘层的锂超级电容器
[0001]本专利技术涉及一种混合能量存储装置，更具体地说，一种设置有堆叠或卷绕的正负极组并设置有绝缘层的锂超级电容器，以克服日益增长的便携式能量存储需求。
技术介绍
[0002]电池、超级电容器以及燃料电池等电化学能量存储系统构成了满足日益增加的便携式能量存储需求的潜在解决方案。据报道，传统的超级电容器基于电极/电解质界面中离子吸收和解吸的存储机制相关的快速动力学揭开了高功率密度和长循环寿命的面纱。另外一方面，锂基可充电电池能量密度较高，但是在大批电极活性材料中涉及到法拉第反应进程较慢功率密度又较低。混合电容器由于具有可充电锂电池和超级电容器的优点越来越受到重视。
[0003]要满足各种不同的高功率应用比如太空系统、高温环境、电磁执行器以及商业应用比如电动汽车、便携式电子设备等能够维持重复循环的高功率/电流脉冲需要混合系统。否则，就通过重型电池或外部混合电池和超级电容器来实现这些需求。很明显，尽管与仅使用电池的情况相比，循环寿命变高了，但能量存储系统（包括相关的控制电器件）的质量和体积这种外部混合给应用带来了很大的负担。
[0004]混合超级电容器和锂基电池制成高能量和高功率的电化学电量存储装置有很多种不同的设计，比如说锂离子电容器（LIC）、纳米混合电容器（NHC）以及超级氧化还原电容器（super redox capacitor）。LIC由超级电容器电极构成，所述超级电容器负责控制可能功率（power capability），LIC还设置有电池类型的电极，用于传送电量。总结下，在LIC中，电容（Ah）由超级电容器控制，电压（电量）由锂或锂离子电极（阳极）控制，组合后给定的脉冲电流和时间下脉冲容量（pulse capability）重复进行。
[0005]过去很多人提出了各种传统电量存储系统，但是传统的电量存储系统局限于提高可能功率以及功率密度或者反过来，仅提供较低性能、锂化前要求等。为了克服这些局限性，本专利技术提出了一种创新性的内部集成锂超级电容器。
[0006]本专利技术的实施方式的主要目标是提供一种堆叠或卷绕了具有不同电极尺寸的阴极和阳极电极组以及绝缘层并内部集成了锂超级电容器，从而可提供电容值在0.5
‑
50 Ah。所述超级电容器可组装在市售的电容器盒中，这样整个系统性价比更高。
[0007]本专利技术的另外一个目标是实现操作电压从2.8V到4.4V并且放电率在30C到70C的高性能设备，提供高能量密度（约40
‑
80Wh/kg）和功率密度（约2
‑
5Kw/KG），优异充电保持能力，低自放电以及具有在极端电气、环境和机械条件生存的能力。
[0008]本专利技术的另外一个目标在质量和体积方面提高电池、超级电容器和电池和超级电容器外部混合的性能。
[0009]本专利技术的另外一个目标为避免阳极预锂化要求。
[0010]本专利技术的另外一个目标为实现内部集成了锂超级电容器设备，其中超级电容器负极为电池阳极材料两面厚度不同，正极材料为电池阴极材料，与超级电容器以背对背方式
连接。
[0011]本专利技术的另外一个目标为提供一种设备，适合多种应用场景，短时间需要高电流或长时间需要低电流以及组合模式。
[0012]本专利技术的另外一个目标为通过改变电极特征来提高可能功率。
[0013]本专利技术的另外一个目标为提供圆柱形设计的内部集成超级电容器设备，配合市场上销售的电容器盒（25mm到100mm直径），从而降低生产成本。
[0014]本专利技术的另外一个目标是在设备水平实现充放电循环力大于1000循环。
[0015]根据上述目标，本专利技术提供了一种新颖的内部集成了锂的超级电容器，以实现上述目标。
技术实现思路
[0016]在一个方面，本专利技术的目标通过提供一种超级电容器，其中包含一个壳体，壳体中设置有多个负极和正极组，所述多个正极和负极组的每个负极和正极组的正极和负极之间设置有第一多孔绝缘层，所述多个负极和正极组中的每两个负极和正极组之间设置有第二多孔绝缘层。所述负极包括电流收集器，在所述电流收集器的两侧涂覆了不同厚度的同样的活性材料多孔层。所述正极包括电流收集器，所述电流收集器的两侧面上涂覆了不同的活性材料多孔层。
[0017]在一个实施方式中，所述负极的所述电流收集器上涂覆的同样的活性材料为锂离子电池阳极材料。
[0018]在一个实施方式中，所述正极的所述电流收集器的两侧面上涂覆的不同的活性材料为锂离子电池阴极材料和超级电容器活性炭。
[0019]在一个实施方式中，所述负极和所述正极的涂层厚度在150
‑
300微米之间。
[0020]在一个实施方式中，所述多孔绝缘层将所述负极和所述正极绝缘开来并作为离子移动的多孔媒介。
[0021]在一个实施方式中，所述负极、所述正极、所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层通过相互叠放组装起来形成矩形形状。
[0022]在一个实施方式中，所述负极、所述正极、所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层通过相互卷绕组装起来形成圆柱形状。
[0023]在一个实施方式中，组装起来的所述负极、所述正极、所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层插入到所述壳体中，并利用锂离子电解质活化。
[0024]在一个实施方式中，锂离子包括一种或多种溶解在能够所需电压范围和操作温度有机溶剂混合物中的一种或多种锂盐。
[0025]在一个实施方式中，所述负极的电流收集器为铜箔，其中所述正极的电流收集器为铝箔。
[0026]当结合下面的说明书和附图考虑的时候，本专利技术的这些实施方式的这些和其他方面将得到更好的理解。应当理解，下面的说明，尽管示出了一些优选实施方式和许多具体细节，下面的详细说明仅仅是用于解释而非限制本专利技术。在这里提供的实施方式的范围内在不脱离本专利技术的精神的前提下还能够做出很多修改和变化，而本专利技术的实施方式意在涵盖这些变化。
附图简要说明
[0027]本专利技术中提出的电化学电量存储系统称为锂超级电容器，在附图中进行了更详细的阐释，在所有附图中，同样的编号指代同样的部件。将附图和下面的说明书结合可以更好地理解本专利技术，其中：图1示出了根据本专利技术的一个实施方式中正极和负极材料以及绝缘层形成所述锂超级电容器的侧面示意图。
[0028]图2A示出了根据本专利技术的一个实施方式将所述尺寸合适的正极和负极材料及绝缘层卷绕进蓄电池组的卷绕过程示意图。
[0029]图2B示出了根据本专利技术的一个实施方式所述绝缘层、负极和正极的凝胶卷或圆柱状结构的截面图。
[0030]图3A示出了根据本专利技术的一个实施方式所述的堆叠起来的负极和正极以及中间的绝缘层的示意图。
[0031]图3B示出了堆叠起来的电极和绝缘层的软包装/矩形电池组的侧视图。
[0032]图4示出了根据本专利技术的一个实施方式所述的典型的充放电循环模式的示意图。
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超级电容器，包括：壳体，包括：若干组负极(1)和正极(2)；第一多孔绝缘层(3)，位于上述若干组负极(1)和正极(2)中的每个负极(1)和正极(2)之间；第二多孔绝缘层(3
’
)，位于上述若干组负极(1)和正极(2)中的每两个负极(1)和正极(2)之间；其中所述负极(1)包括电流收集器(4)，所述电流收集器(4)的两个侧面(5,6)上涂覆了一层多孔不同厚度的相同的活性材料，且其中所述正极(2)包括电流收集器(7)，所述电流收集器(7)的任一侧面(8,9)上分别涂覆了一层多孔不同的活性材料；其中所述超级电容器操作电压在2.7到4.4V，且放电率在50C到70C范围内；其中所述超级电容器电量密度在40
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80Wh/kg，功率密度在2
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5kW/kg，所述超级电容器适合长时间低电流和短时间高电流应用；其中所述超级电容器组装在市售的电容器盒(25
‑
180mm直径)中，这样性价比更高。2.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)的所述电流收集器(4)上两个侧面(5,6)上面涂覆的相同的活性材料为锂离子电池阳极材料。3.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述正极(2)的所述电流收集器(7)的任一侧面(8,9)上涂覆的不同的活性材料为锂离子电池阴极材料和超级电容活性炭。4.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)和所述正极(2)的涂层厚度在150
‑
300微米范围内。5.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述第一多孔绝缘层(3)和所述第二多孔绝缘层(3
’
)将所述负极(1)和所述正极(2)绝缘开来，并提供离子移动的多孔媒介。6.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)，所述正极(2)，所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层通过相互叠合组装成矩形。7.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)，所述正极(2)，所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层通过相互卷绕组装成圆柱形。8.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中将组装起来的所述负极(1)，所述正极(2)，所述第一多孔绝缘层(3)和所述第二多孔绝缘层(3<...
【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：印度太空研究组织，
类型：发明
国别省市：
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