储能装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种储能装置，其中，包含水性溶剂、水性溶剂用粘接剂和含锂的过渡金属氧化物的电极材料用于形成一个电极，而包含活性炭的电极材料用于形成另一个电极。具体地说，本储能装置通过优化用于阴极电极和阳极电极的电极材料的密度值和厚度值来确保稳定性和最大电容效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种储能装置，更具体地说，涉及一种确保高能量密度 和可靠性的储能装置。具体而言，本专利技术涉及通过优化用于电极的电极 材料的密度值和厚度值而具有最大电容效率的储能装置。
技术介绍
通常，用于存储电能的典型装置包括电池和电容器。超级电容器(也称为超大电容器)是具有电解电容器与二次电池之 间的中间特性的储能装置。因为超级电容器具有高效率和半永久性寿命 的特性，所以它们被看成是能够与二次电池一起使用或者代替二次电池 的下一代储能装置。根据能量存储机制，超级电容器可以分成双电层电容器(EDLC: electric double layer capacitor )禾口赝电容器(pseudocapacitor )。赝电容器利用了通过氧化还原反应电荷被存储在电极表面上或者电 极内靠近电极表面处的现象，而EDLC利用了通过离子静电感应在电极 和电解质之间的界面处形成双电层并且电荷被存储在该双电层中的现 象。EDLC使用表面面积大的材料(例如，活性炭)作为电极的活性材 料，并且具有在电极材料和电解质之间的接触面处形成的双电层。艮P， 通过静电效应在电极和液体电解质之间的界面处生成具有不同极性的电 荷层。所生成的电荷分布称为双电层。因此，EDLC具有与存储电池相同 的容量。然而，EDLC具有与存储电池不同的充电/放电特性。具体地说，存 储电池在充电/放电过程中表现出随时间变化的坪式(plateau)电压图形， 而EDLC在充电/放电过程中表现出随时间变化的线性电压图形。因此，EDLC使得能够通过测量电压来容易地测量充电/放电能量的量。同时，存储电池利用化学反应存储电荷，而EDLC利用物理存储器 存储电荷，即，电荷存储于在电极与电解质之间的界面处形成的双电层 中。因此，EDLC避免了由于重复使用造成的劣化，并提供了高可逆性和 长循环寿命。因此，在需要苛刻的维护和长循环寿命的应用中，可以用 EDLC替代存储电池。如上所述，因为EDLC利用离子的吸附和解吸附将电荷存储于在电 极和电解质之间的界面处形成的双电层中，所以它们具有快速充电/放电 的特性，由此它们适于移动信息和通信设备(例如，移动电话、笔记本 电脑或PDA)的辅助电源，此外还适用于需要高容量的电动车辆或街灯 的主电源或辅助电源或者不间断电源(UPS)。具有各种用途的EDLC应 当具有这样一种电极，其通过宽的比表面积而具有高能量、通过低的比 电阻而具有高输出并且通过界面处电化学反应的抑制而具有电化学稳定 性。因此，具有宽的比表面积的活性炭粉或者活性炭纤维被广泛地用作 电极的主要材料，并且针对低的比电阻，它可以与导电材料混合或者通 过喷涂添加金属粉末。此外，已经通过各种方法研究了更稳定的电极材 料以抑制电化学反应。同时，能够提供高能量密度并且广泛地用于移动设备中的二次电池 利用能够进行锂的电化学嵌-脱反应(intercalation-deintercalation)的金属 氧化物作为阴极材料，而用石墨作为阳极材料。锂离子嵌入及脱离阴极 和阳极的氧化还原过程是一种电化学慢反应，并且对阴极和阳极中包含 的活性材料结构具有极大影响，导致寿命縮短。另外，公所周知，重复 快速充电/放电导致寿命严重縮短。美国专利No.6，252，762 (此后称为文献1)公开了一种储能装置，其 利用含锂的过渡金属氧化物作为一个电极的活性材料并且利用活性炭作 为另一个电极的活性材料，以确保高能量密度、高输出和高可靠性。然 而，文献1利用诸如NMP(l-甲基-2-吡咯烷酮l-Methyl-2-Pyrrolidinone) 的有机溶剂来形成金属氧化物电极。但是，该有机溶剂产生污染物，导6致环境问题。并且，有报道称，跟文献1 一样，利用含锂的过渡金属氧化物的储 能装置由于在电极的形成或组装过程中渗透进去的湿气而在性能上有所降低。即，由电解质盐LiPF6产生的阴离子PF^与H20发生反应生成HF， 如下述反应式l，这导致产品的劣化。 [反应式1]LiPF6 + H20 — LiF + POF3+2HF
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决上述问题，因此，本专利技术提供了一种储能 装置，其利用包含水性溶剂、粘接剂和锂的过渡金属氧化物作为一个电 极的活性材料，并且利用活性炭作为另一个电极的活性材料。通常，与 利用有机溶剂形成的传统电极相比，利用水性溶剂形成的电极中吸附到 其表面上的剩余湿气量更大。为解决由该剩余湿气所导致的装置性能降 低问题，本专利技术提出了电极材料的密度值和厚度值。并且，本专利技术的另一目的是提供确保高能量密度、快速充电/放电特 性和高寿命可靠性的储能装置。此外，本专利技术的另一目的是提供能够使电极形成过程中发生的污染 最小化的储能装置。为实现上述目的，根据本专利技术一个方面的储能装置包括阴极电极 和阳极电极，该阴极电极和阳极电极各包括集流体和电极材料；阴极引 线和阳极引线；隔离体，其设置在所述阴极电极和所述阳极电极之间， 以使所述阴极电极与所述阳极电极相互电隔离；壳体，其用于容纳所述 阴极电极、所述阳极电极和所述隔离体；电解质，其填充在所述壳体中； 以及阴极端子和阳极端子，其分别连接到所述阴极引线和所述阳极引线， 其中，所述阴极电极和所述阳极电极中任何一个的电极材料包括水性溶 剂、水性溶剂用粘接剂和金属氧化物，而另一个电极的电极材料包括活 性炭。所述电极材料之间的密度相互关系满足下式，7[式1]<formula>formula see original document page 8</formula>其中，Dg/cc)为包括水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极材料的 密度，而D2(g/cc)是包括活性炭的电极材料的密度。 所述电极之间的厚度相互关系满足下式， [式2]<formula>formula see original document page 8</formula>其中，T《声)是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极的厚度， 而丁2(^)是包含活性炭的电极的厚度。所述电极材料之间的密度-厚度相互关系满足下式， [式3]0.857《(D,(T广a)》/p (T2-a))《2.571其中，Dg/cc)和T/卿)分别是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物 的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，而D2(g/cc)和T2(，) 分别是包含活性炭的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度， 并且a(^)是集流体的厚度。电解质包含作为阴离子的氟硼酸离子(BFO，和作为阳离子的锂离子 和铵类离子。金属氧化物是锂过渡金属氧化物，并且该过渡金属氧化物中的过渡 金属是从由镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)、铁(Fe)、钼(Mo)、铬(Cr)、 钛(Ti)和钒(V)构成的组中选出的任意之一。水性溶剂用粘接剂是从由羧甲基纤维素(carboxymethylcdlulose)、 海藻酸(alginic acid)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、聚乙烯吡咯烷酮 (polyvinylpyrrolidone)、 丁苯(styrene butadiene)橡胶分散体禾口碳氟化 合物分散体构成的组中选出的任意之一。优选地，包含所述水性溶剂、所述水性溶剂用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能装置，该储能装置包括：　阴极电极和阳极电极，该阴极电极和阳极电极各包括集流体和电极材料；　阴极引线和阳极引线；　隔离体，其设置在所述阴极电极和所述阳极电极之间，以使所述阴极电极与所述阳极电极相互电隔离；　壳体 ，其用于容纳所述阴极电极、所述阳极电极和所述隔离体；　电解质，其填充在所述壳体中；以及　阴极端子和阳极端子，其分别连接到所述阴极引线和所述阳极引线，　其中，所述阴极电极和所述阳极电极中任意一个的电极材料包含水性溶剂、水性溶 剂用粘接剂和金属氧化物，而另一个电极的电极材料包含活性炭。

【技术特征摘要】
KR 2008-7-24 10-2008-0072357;KR 2008-8-13 10-2008-1.一种储能装置，该储能装置包括阴极电极和阳极电极，该阴极电极和阳极电极各包括集流体和电极材料；阴极引线和阳极引线；隔离体，其设置在所述阴极电极和所述阳极电极之间，以使所述阴极电极与所述阳极电极相互电隔离；壳体，其用于容纳所述阴极电极、所述阳极电极和所述隔离体；电解质，其填充在所述壳体中；以及阴极端子和阳极端子，其分别连接到所述阴极引线和所述阳极引线，其中，所述阴极电极和所述阳极电极中任意一个的电极材料包含水性溶剂、水性溶剂用粘接剂和金属氧化物，而另一个电极的电极材料包含活性炭。2. 根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述电极材料之间的密度相互关系满足下式， [式]2《D禹《4其中，D,是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极材料的密度，而D2是包含活性炭的电极材料的密度。3. 根据权利要求2所述的储能装置，其中，所述电极之间的厚度相互关系满足下式， [式]1.5《T/Ti《3其中，T,是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极的厚度，而T2是包含活性炭的电极的厚度。4. 根据权利要求3所述的储能装置，其中，所述电极材料之间的密度-厚度相互关系满足下式， [式]<formula>formula see original document page 0</formula>其中，Q和1分别是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极材 料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，而02和T2分别是包含活性炭 的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，并且a是所述集流 体的厚度。5. 根据权利要求1所述的储能装置， 其中，所述电解质包含BF4一。6. 根据权利要求5所述的储能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李河泳，姜镇娥，朴从硕，金俊浩，
申请(专利权)人：LS美创有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]