[发明专利]无隔离物的蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及储能电池以及制造所述储能电池的方法。更具体地，本发明涉及包括层状构造和共平面(co-planar)共平行(co-parallel)的阳极和阴极的储能电池以及制造所述储能电池的方法。

背景技术

存在许多类型的储能系统和电池。然而，已知这些现有类型的系统在例如充放电速率、电阻、热量管理和响应时间方面存在大量不足和低效。

本发明基于包括层状构造和共平面共平行阳极和阴极的储能电池，而其他层状电池构造使用在电极间具有隔离物的共面紧密隔离电极。例如，卷形式的层状电池构造已获得了专利，例如US 7311996、US 6146785和US 5354629，通过引用将其并入到本文中。然而，这些系统由具有各自电解质的共面电极组成并且通过隔离膜隔离以使化学物质保持分开。

本发明的至少一个方面的一个目标为消除或减轻对前述设计特征中的至少之一或更多设计特征的需求。

本发明的至少一个方面的另一目标为提供改进的储能电池系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种储能电池，包括：

电化学惰性且电绝缘的基底；

位于所述基底的一侧上的阳极和位于所述基底的另一侧上的阴极，其中阳极和阴极形成定位成彼此基本共平面且基本共平行的电极；

位于阳极与阴极之间的间隙，该间隙能够使阳极电极和阴极电极电绝缘；

限定沿着阳极电极和阴极电极平行于电极之间的间隙的通道的间隔物；以及

沉积在通道中的电解质。

因此本发明在于提供包括层状构造和基本共平面共平行的阳极和阴极的储能电池。因此阳极和阴极可以为平坦平面结构，即膜或板状结构。

典型地，电解质内可以包含阳极化学活性材料和阴极化学活性材料。

阳极电极和阴极电极在单电池设计的一个实施例中可以为相同导电型的材料或者可以为不同材料，例如锌金属阳极(负电极)和碳复合阴极(正电极)。

单电池可以包含允许通过改变输入极性使阳极和阴极互换以用于逆向操作的阳极材料和阴极材料以及电解质化学物质。

本发明的电池设计的另一优点为：例如在负电极处采用锌化学物质的一些期望的电池化学物质(例如，镍-锌电池)在常规电池设计中面临不利。在再充电时存在从负电极形成并生长出金属(锌)树枝状晶体的倾向，并且这些树枝状晶体可以穿透共面电池设计中的隔离物，导致短路、电池失效以及安全风险。该失效模式在共平面电池设计中减轻，原因是如果树枝状晶体形成，则它们将受上方的绝缘基底限制，而且电池被设计成在负电极和正电极之间具有足够的间隙以防止任何侧向的树枝状晶体生长而到达对面的电极。这与本发明的待通过对于某些化学物质的可逆的负电极和正电极操作的电池设计结合开拓了期望的化学物质的范围，否则不能在需要长循环寿命的应用中采用该化学物质。

还可以沿着通道设置有顶层并且该顶层安置在间隔物上的顶层。

形成储能电池的部分可以为螺旋形的形式使得储能电池能够螺旋成形。

储能电池还可以包括连续长度的相关部分，其中长度被分段并且区段彼此堆叠。

储能电池还可以包括除顶层之外的连续长度的相关部分，其中长度成螺旋形或堆叠使得基底的底部成为通道的顶层。

电化学惰性且电绝缘基底可以为基本平坦的平面结构并且可以由聚合物膜制成，例如PET、PP、PC、丙烯酸类聚合物(acrylic)、特氟隆。基底可以具有约0.1mm的厚度。

位于电化学惰性且电绝缘基底的任一侧上的阳极和阴极可以为平坦的平面结构并且可以沿着基底的长度延伸。阳极和阴极可以为板状并且对于螺旋形长度为约500米以及对于堆叠长度为约50cm、宽度为约15mm以及厚度为约10微米并且由如下导电材料制成：例如碳；作为石墨或石墨烯的碳；碳聚合物复合物；碳金属复合物；金；铂；银；钯铜；钼；镍；锌；铝；铁；金属合金(例如锌镍合金、镍铁合金)；金属氧化物(例如氧化铟锡、氧化钌、氧化锂钴)；导电聚合物膜(例如聚苯胺、聚噻吩、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯(盐)))；或层的组合(例如涂覆在铜膜或铝膜上的碳)。

阳极和阴极可以包括多孔导电碳层，例如碳纤维毡、碳气凝胶、活性碳，该多孔导电碳层用作为阳极和阴极化学反应提供增加的电极表面积。

基底以及阳极电极和阴极电极可以具有位于其外侧上的厚度为约0.2mm的间隔层。