[发明专利]电化学储能装置及其制造方法

说明书

领域

本公开涉及电化学领域。

背景

电化学电容器(electrochemical capacitors,ECs)，也称超级电容器(supercapacitors)，是一种新型环保的电化学储能器件。其工作原理是通过电极与电解液界面之间形成双电层来存储电荷，积蓄能量。电化学电容器具有充放电速度快、功率密度高、使用寿命长、高效环保等诸多优点，因此在实际生活中得到了广泛的应用。例如，它可以用于电池备用系统、不间断电源、混合动力汽车(HEV)等各方面领域。电化学电容器包括电极、集流体、隔膜、电解液四大组成部分，外部封装结构主要有纽扣式、卷绕式和叠片式三种。目前工业上制备的电化学电容器主要以有机体系为主，即采用活性炭材料作为电极材料，电解液选用有机电解液，充放电电压可达到2.7V。虽然有机系电化学电容器的电压较水系电化学电容器的电压(1V)提高了很多，能量密度大幅度提高，然而仍在一些高电压体系的应用中有其局限性。

概述

本公开一方面提供了电化学储能装置，其包括至少两个层叠设置的电化学电容器，所述电化学电容器包括一对电极以及位于所述一对电极之间的隔膜和电解液。

本公开另一方面提供了制造电化学储能装置的方法，其包括1)提供至少两个电化学电容器；以及2)将所述电化学电容器层叠串联。

附图简要说明

图1为本公开一实施方案的电化学储能装置的结构示意图。

图2为本公开的实施例1中制备的电化学储能装置的恒电流充放电曲线。

图3为本公开的实施例1中制备的电化学储能装置的循环伏安曲线。

图4为本公开的实施例1中制备的电化学储能装置的电化学阻抗曲线。

图5为本公开的实施例2中制备的电化学储能装置的恒电流充放电曲线。

详述

在以下的说明中，包括某些具体的细节以对各个公开的实施方案提供全面的理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其它方法、部件、材料等的情况下可实现实施方案。

除非本公开中另外要求，在整个说明书和其后的权利要求书中，词语“包括”和“包含”应解释为开放式的、含括式的意义，即“包括但不限于”。

在整个本说明书中提到的“一实施方案”或“实施方案”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”意指在至少一实施方案中包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、结构或特征。因此，在整个说明书中不同位置出现的短语“在一实施方案中”或“在实施方案中”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”不必全部指同一实施方案。此外，具体要素、结构或特征可以任何适当的方式在一个或多个实施方案中结合。

定义

因此，非另有相反的说明，否则说明书及所附权利要求中所用的下列术语具有以下的意思：

在本公开中，术语“粘结剂”系指可以把活性电极材料粘结起来成膜的物质，通常为高分子材料。

在本公开中，术语“溶剂”系指可以溶化固体、液体或气体溶质的液体。

在本公开中，术语“集流体”系指汇集电流的结构或零件，其功用主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出。

在本公开中，术语“导电胶”系指固化或干燥后具有一定导电性能的胶粘剂。

具体实施方式

本公开一方面提供了电化学储能装置，其包括至少两个层叠设置的电化学电容器，所述电化学电容器包括一对电极以及位于所述一对电极之间的隔膜和电解液。

在某些实施方案中，所述电极为薄膜电极。

在某些实施方案中，电极材料包括电极活性材料和粘结剂。

在某些实施方案中，所述的电极活性材料的质量含量占整个电极材料的50%-100%。

能够用于本公开的电极活性材料的示例性实例包括但不限于多孔活性炭、石墨烯、改性石墨烯材料、活性炭及石墨烯复合材料、中间相碳微球、天然石墨、改性石墨、包覆石墨、碳纳米纤维、碳纳米管、焦炭、硅粉、硅线、锂离子电池使用的含锂元素的正极粉体材料、锂离子电池使用的含锂元素的粉体材料及其混合物。

能够用于本公开的粘结剂的示例性实例包括但不限于聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素以及混合物、聚丙烯醇、聚酰胺、聚芳纶等高分子聚合物。

在某些实施方案中，所述电极材料还包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨、石墨烯、碳纳米纤维、导电纤维、金属丝或其混合物。