[实用新型]一种静电电能储存装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电能储存装置，尤其涉及一种高能量密度和高功率密度的超薄静电电能储存装置。

背景技术

目前常用的电能储存装置为锂离子电池，锂离子电池以炭材料作负极，以含锂的化合物作正极。当对锂离子电池进行充电时，电池的正极材料产生锂离子，锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子嵌入到碳层的微孔中。嵌入的锂离子越多，充电容量越高；当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。虽然业界对锂离子电池不断改进，使其性能和安全性等方面获得了较大的提高，但受其基本结构和充放电原理的限制，锂离子电池依旧存在以下几个主要缺陷：

1、锂离子的功率密度较小

受限于锂离子电池的电极蓄电原理及电解液结构，锂离子电池的功率密度仅为1千瓦/公斤左右。较小的功率密度限制了锂离子电池在动力电池方面的应用；

2、锂离子的能量密度较小

锂离子电池的能量密度为120-160瓦小时/公斤，在电动车等动力应用方面不能完全满足需求；

3、充电时间较长

锂离子电池以0.5C~1C的充电电流，需要2~4小时以上的充电时间。若以2C以上高倍电流充电，虽然可以减少充电时间，但是大电流能够使锂离子电池的电解液析出氢气和氧气，同时产生高温，使锂离子存在爆炸的安全隐患。同时大电流充电会损坏锂离子电池的正负电极的微结构，降低蓄电容量，并较大幅度地减少使用寿命；

4、循环寿命较短

深度放电情况下，锂离子电池的充放电循环寿命在300~500次左右，使用寿命较短；

5、使用温度范围有限

锂离子电池的使用温度范围是-20℃~60℃，高于温度范围不仅降低能量效率，损坏电池，且有爆炸的危险。而低于温度范围使用，则显著降低电池效率和蓄电量。

因此，如何提供一种高能量密度和高功率密度的新型静电电能储存装置是业界亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决目前的锂电池能量密度、功率密度较小，使用寿命短等缺点，提出一种新型的全固体的静电电能储存装置。

本实用新型提出的静电电能储存装置包括至少一个静电电能储存单元，其中静电电能储存单元包括构成电容的两个金属薄膜电极、附着在金属薄膜电极内侧的复合纳米绝缘薄膜层、以及复合纳米绝缘薄膜层之间的一陶瓷纳米晶薄膜层。各静电电能储存单元之间通过金属纳米粉集流体并联。

在本技术方案中，所述金属薄膜电极的材质为镍、铜、锌、锡、银及其合金的一种，优选镍材质，其厚度为1.0~15微米，优选2.5微米；所述的复合纳米绝缘薄膜层的材质采用粒径小于50纳米、击穿电压为10⁶~10⁷V/cm数量级的有机纳米绝缘材料、或无机纳米绝缘材料、或有机/无机杂化纳米绝缘材料，其厚度为0.1~0.5微米，最佳厚度为0.25微米；所述的陶瓷纳米晶薄膜层采用铁电体、或非铁电体的陶瓷纳米晶材料，优选材质为非铁电体的陶瓷纳米晶材料，其厚度为1微米~20微米，优选6.5微米。

本实用新型依据静电平行板感应电容原理，利用具有纳米微结构的金属薄膜电极与其中间夹嵌的具有超高介电常数的陶瓷纳米晶薄膜层形成静电感应平板电容来储存静电能量的。全固体的材质和纳米微结构既能够提高该静电电能储存装置的电容量和电容电压，从而获得高的能量密度，同时其内部只存在较小的位移电流，全固体的材质能够耐高温，不存在现有技术中的液相温度限制，使得本电能存储装置能够提供大的功率密度输出，且无爆炸危险。与现有技术相比，本实用新型可采用1000V的电压进行高速充电，极大地减少了充电时间，充电后能够提供的能量密度可达到500瓦小时/公斤，功率密度可达到150千瓦/公斤，自放电率小于0.5%/30天，即便提供较高的瞬时放电电流也不会损坏本装置，使用温度范围较广泛，可以在-70℃~200℃下正常使用。

附图说明

图1为本实用新型静电电能储存单元的结构示意图；

图2为本实用新型静电电能储存装置的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型一实施例提出的静电电能储存装置，包括至少一个静电电能储存单元，利用高介电常数的陶瓷纳米晶薄膜层和具有巨大比表面积的纳米微结构的超薄金属薄膜电极组成超薄的静电电能储存单元，并将此静电电能储存单元并联堆叠组合成具有高能量密度和超高充放电功率密度的全固体的陶瓷纳米晶静电电能储存装置。