專(zhuān)利名稱：儲(chǔ)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)電系統(tǒng)，特別涉及一種具有高功率和高能量密度的儲(chǔ)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大部分車(chē)輛使用石油或者柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源。但是，隨著環(huán)境污染在世界范圍被廣泛關(guān)注，使用電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)車(chē)輛越來(lái)越受到人們的注意。由于化學(xué)能和電能之間在相互轉(zhuǎn)化是可逆的，用于電動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)電系統(tǒng)能夠重復(fù)的充電和放電。優(yōu)選地，儲(chǔ)電系統(tǒng)包括具有陰極板和陽(yáng)極板且在兩者之間有隔板的電極組件， 具有空間以容納該電極裝置的箱體，以及與箱體結(jié)合并密封該箱體的頂板。目前的混合動(dòng)力車(chē)輛的儲(chǔ)電系統(tǒng)大多使用鋰離子電池，這種電池理論上可以達(dá)到 570ffh/kg的能量密度。但是，鋰離子電池實(shí)際上可以達(dá)到的能量密度是250Wh/kg，這樣便限制了這種電池在要求一次充電就能行駛超過(guò)500公里的電動(dòng)車(chē)輛中的應(yīng)用。因此，人們已注意到了理論上具有能量密度2600Wh/kg的鋰硫電池 (lithium-sulfur battery)，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)輛的高能量密度。此外，人們也做了很多研究去提高鋰硫電池可實(shí)現(xiàn)的能量密度。然而，鋰硫電池的工作電壓為2. OV到2. 5V，低于現(xiàn)有的鋰離子電池(3. 7V)，并且
其能量密度也低。本發(fā)明背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明一般背景技術(shù)的理解，因此，可能包含不構(gòu)成對(duì)本國(guó)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明優(yōu)選的各個(gè)方面提出了一種儲(chǔ)電系統(tǒng)，其通過(guò)將電化學(xué)電容器單元堆疊在鋰硫電池單元之上，具有高能量密度和高輸出功率，并且優(yōu)選地，能夠進(jìn)行快速的充電或放
H1^ O本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式提供了一種儲(chǔ)電系統(tǒng)，其包括鋰硫電池單元，其優(yōu)選地包括電池陽(yáng)極板，電池陰極板，和被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在電池陽(yáng)極板和電池陰極板之間用于兩者之間的電絕緣的隔板；以及電化學(xué)電容器單元，其被適當(dāng)?shù)囟询B成通過(guò)單元隔板與鋰硫電池單元電絕緣，并且優(yōu)選地包括電容器陽(yáng)極板，電容器陰極板，和被設(shè)置在電容器陽(yáng)極板和電容器陰極板之間用于兩者之間的電絕緣的電容器隔板。優(yōu)選地，單元隔板是多孔隔板(porous separator)，允許鋰硫電池單元和電化學(xué)電容器單元的電子和離子的移動(dòng)，并且將鋰硫電池單元與電化學(xué)電容器單元電隔離。在鋰硫電池單元內(nèi)被設(shè)置在電池陽(yáng)極板和電池隔板之間以及電池陰極板和電池隔板之間的電解質(zhì)，可以與在電化學(xué)電容器單元內(nèi)被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在電容器陽(yáng)極板和電容器隔板之間以及電容器陰極板和電容器隔板之間的電解質(zhì)相同。優(yōu)選地，多個(gè)鋰硫電池單元和多個(gè)電化學(xué)電容器單元可以交替地堆疊。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的儲(chǔ)電系統(tǒng)通過(guò)將電化學(xué)電容器單元堆疊在鋰硫電池單元上而具有高能量密度和高輸出功率，并且能夠進(jìn)行快速的充/放電。本發(fā)明的方法和裝置具有其它的特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)將從與并入本文的附圖和下面的詳細(xì)說(shuō)明中變得顯而易見(jiàn)并被更詳細(xì)地說(shuō)明，所附附圖和下面的詳細(xì)說(shuō)明共同用于解釋本發(fā)明的原理。應(yīng)當(dāng)理解本文使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其它類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)包括，諸如包括運(yùn)動(dòng)用途車(chē)輛(SUV)、公共汽車(chē)、卡車(chē)、各種商用車(chē)輛的載客汽車(chē)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛；包括各種船和艇的水運(yùn)工具；航行器等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛、插入式混合電動(dòng)車(chē)輛、氫動(dòng)力車(chē)輛和其它可選的燃料車(chē)輛(例如從除了石油以外的資源中獲得的燃料)。參照本文所述，混合動(dòng)力車(chē)輛為具有兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)力源的車(chē)輛，例如既有汽油動(dòng)力又有電動(dòng)力的車(chē)輛。本發(fā)明的上述特性和優(yōu)點(diǎn)將從附圖和以下詳細(xì)說(shuō)明中變得明顯或在其中更詳細(xì)地說(shuō)明，附圖結(jié)合在此說(shuō)明書(shū)中并且形成此說(shuō)明書(shū)的部分，與以下詳細(xì)說(shuō)明一起用來(lái)通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的原理。


現(xiàn)將參照由下面僅以示例方式給出的附圖示例性說(shuō)明的特定典型的實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的以上和其它特征，因此，這些特征不限制本發(fā)明，并且其中圖1為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的儲(chǔ)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖。圖2為示出圖1的鋰硫電池單元的結(jié)構(gòu)的視圖。圖3為示出圖1的電化學(xué)電容器單元的結(jié)構(gòu)的視圖。圖4為示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的儲(chǔ)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖。應(yīng)該理解的是，附圖不必按比例繪制，僅簡(jiǎn)化示出說(shuō)明本發(fā)明基本原理的各種優(yōu)選特征。如本文所公開(kāi)的包括例如具體尺寸、方向、位置和形狀的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征， 部分地由特定應(yīng)用和使用環(huán)境確定。
具體實(shí)施例方式如這里描述的，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的特征在于一種儲(chǔ)電系統(tǒng)，包括含有電池陽(yáng)極板，電池陰極板和隔板的鋰硫電池單元，和含有電容器陽(yáng)極板，電容器陰極板和電容器隔板的電化學(xué)電容器單元。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板被設(shè)置在電池陽(yáng)極板和電池陰極板之間用于在兩者之間的電絕緣。 在另外一個(gè)實(shí)施方式中，電化學(xué)電容器單元被堆疊成通過(guò)單元隔板與鋰硫電池單元電絕緣。在另外又一個(gè)實(shí)施方式中，電容器隔板被設(shè)置在電容器陽(yáng)極板和電容器陰極板之間用于在兩者之間的電絕緣。
下文將詳細(xì)參 照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式，其實(shí)施例在附圖中圖示并在下文描述。 盡管將結(jié)合示例性的實(shí)施方式說(shuō)明本發(fā)明，但應(yīng)理解，本說(shuō)明書(shū)不是要將本發(fā)明限制到這些示例性的實(shí)施方式。相反，本發(fā)明不僅要涵蓋這些示例性的實(shí)施方式，還要涵蓋包括在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)的各種選擇、修改、等效物及其它實(shí)施方式。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，例如參考圖1和圖2，儲(chǔ)電系統(tǒng)100優(yōu)選包括鋰硫電池單元110和電化學(xué)電容器單元120。根據(jù)另外一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，鋰硫電池單元110由電池陽(yáng)極板，電池陰極板112 和被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在電池陽(yáng)極板111和電池陰極板112之間的隔板113組成。優(yōu)選地，電池陽(yáng)極板111適當(dāng)?shù)赜申?yáng)極集電體和在鋰、鋰合金和含鋰的組合物中的至少一種活性材料組成。優(yōu)選地，電池陰極板112適當(dāng)?shù)赜申帢O集電體和在硫、硫合金(sulfur alloy)和含硫的組合物中的至少一種活性材料組成。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，電池隔板113是多孔隔板，其通過(guò)防止電池陽(yáng)極板 111和電池陰極板112之間的接觸使電池陽(yáng)極板111與電池陰極板112電絕緣，并且允許鋰離子在充放電時(shí)移動(dòng)。優(yōu)選地，鋰硫電池單元110包括電解質(zhì)114，其分別被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在電池陽(yáng)極板 111和電池隔板113之間以及電池陰極板112和電池隔板113之間。優(yōu)選地，具有這種結(jié)構(gòu)的鋰硫電池單元110理論上具有2600W/Kg的高能量密度。根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施方式，電化學(xué)電容器單元120由電容器陽(yáng)極板121，電容器陰極板122和被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在電容器陽(yáng)極板121和電容器陰極板121之間的電容器隔板122組成。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，電容器陽(yáng)極板121和電容器陰極板122各包括極性集電體、被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在極性集電體和電容器隔板123之間用于各極性的活性材料、提供導(dǎo)電性的導(dǎo)體、以及增加活性材料和導(dǎo)體之間粘合力的粘合劑。優(yōu)選地，電容器陽(yáng)極板121 的活性材料可為CNT (碳納米管(Carbon Nano-Tube))，并且電容器陰極板122的活性材料可為MO2。在這種結(jié)構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施方式，電容器隔板是多孔隔板，其通過(guò)防止電容器陽(yáng)極板121和電容器陰極板122之間的接觸使電容器陽(yáng)極板121與電容器陰極板122電絕緣，并且允許電子和電解質(zhì)離子在充電/放電時(shí)移動(dòng)。根據(jù)一些優(yōu)選的實(shí)施例，電化學(xué)電容器單元120優(yōu)選地包括電解質(zhì)124，其分別被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在電容器陽(yáng)極板121和電容器隔板123之間以及電容器陰極板122和電容器隔板123之間。優(yōu)選地，電化學(xué)電容器單元120的電解質(zhì)124與鋰硫電池單元110的電解質(zhì) 114相同。根據(jù)一些優(yōu)選的實(shí)施例，這種電解質(zhì)包括LiCF3So3，LiTFSi和DME(二甲氧基乙烷)。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在電化學(xué)電容器120中，充電或放電時(shí)，電子以快于離子的速度在電容器陽(yáng)極板121和電容器陰極板122之間移動(dòng)，從而能夠在短時(shí)間內(nèi)適當(dāng)?shù)貎?chǔ)蓄和釋放高能量。優(yōu)選地，電化學(xué)電容器單元120被適當(dāng)?shù)囟询B在鋰硫電池單元110上，以通過(guò)單元隔板130與鋰硫電池單元110電絕緣。
根據(jù)本發(fā)明另外一些優(yōu)選的實(shí)施方式，通過(guò)將單元隔板130適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在鋰硫電池單元110的電池陰極板112和電化學(xué)電容器單元120的電容器陽(yáng)極板121之間，其能夠使鋰硫電池單元110與電化學(xué)電容器單元120電絕緣。在另外一些實(shí)施方式中，通過(guò)將單元隔板130適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在鋰硫電池單元110的電池陽(yáng)極板111和電化學(xué)電容器單元120的電容器陰極板122之間，其能夠使鋰硫電池單元110與電化學(xué)電容器單元120電絕緣。
因此，在另外的示例性的實(shí)施方式中，單元隔板130被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在鋰硫電池單元110和電化學(xué)電容器單元120之間，以通過(guò)適當(dāng)?shù)胤乐逛嚵螂姵貑卧?10的極性板與電化學(xué)電容器單元120之間的接觸使這些單元電絕緣。優(yōu)選地，單元隔板130由多孔隔板形成，以便鋰硫電池單元110的離子和電子以及電化學(xué)電容器單元120的離子和電子容易地移動(dòng)。因此，由于鋰硫電池單元110和電化學(xué)電容器單元120被單元隔板130電絕緣而電子和離子能夠移動(dòng)，從而在充/放電時(shí)兩者能夠相互補(bǔ)充。根據(jù)本發(fā)明另外其它一些的實(shí)施方式，儲(chǔ)電系統(tǒng)100，還包括具有空間容納鋰硫電池單元110和電化學(xué)電容器單元120電極裝置的箱體(未圖示)，并且該箱體可以完全充滿電解質(zhì)114，124。根據(jù)另外又一些的實(shí)施方式，通過(guò)將電化學(xué)電容器單元120堆疊在鋰硫電池單元 110上，儲(chǔ)電系統(tǒng)100具有作為鋰硫電池單元110的特性的高能量密度，并且能夠進(jìn)行作為電化學(xué)電容器單元120的特性的快速的輸出和快速的充/放電。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)囟询B電化學(xué)電容器單元120和鋰硫電池單元110，通過(guò)補(bǔ)償作為鋰硫電池單元110的不足的低輸出功率和電化學(xué)電容器單元120的低能量密度，儲(chǔ)電系統(tǒng)100能夠適當(dāng)?shù)鼐哂懈叩妮敵龉β屎透叩哪芰棵芏?。進(jìn)一步地，例如，如圖4所示，儲(chǔ)電系統(tǒng)200可以優(yōu)選地由多個(gè)單元構(gòu)成，該單元由將鋰硫電池單元110和電化學(xué)電容器單元120交替堆疊而形成。另一種選擇，在又一些實(shí)施方式中，儲(chǔ)電系統(tǒng)200可以優(yōu)選地由多個(gè)將鋰硫電池單元110和電化學(xué)電容器單元120 無(wú)規(guī)則地堆疊而形成的單元組成。前面所描述的本發(fā)明具體的典型實(shí)施方式已經(jīng)對(duì)圖示和描述進(jìn)行陳述。這些并不是窮舉的或者將本發(fā)明限制在所公開(kāi)的確定形式，并且顯然地，許多修改和變化在上述的教導(dǎo)下是有可能的。選擇和描述這些示例性的例子是為了解釋本發(fā)明的某些原理和它們的實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解和利用本發(fā)明的各種優(yōu)選的實(shí)施方式和各種替代和修改。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等價(jià)形式限定。
權(quán)利要求
1.一種儲(chǔ)電系統(tǒng)，包括鋰硫電池單元，其包括電池陽(yáng)極板，電池陰極板，和設(shè)置在所述電池陽(yáng)極板和所述電池陰極板之間用于兩者之間的電絕緣的隔板；以及電化學(xué)電容器單元，其被堆疊成通過(guò)單元隔板與所述鋰硫電池單元電絕緣，并且包括電容器陽(yáng)極板，電容器陰極板，和設(shè)置在所述電容器陽(yáng)極板和所述電容器陰極板之間用于兩者之間的電絕緣的電容器隔板。
2.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)電系統(tǒng)，其中，所述單元隔板是多孔隔板，允許所述鋰硫電池單元和所述電化學(xué)電容器單元的電子和離子移動(dòng)，并且使所述鋰硫電池單元與所述電化學(xué)電容器單元電隔離。
3.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)電系統(tǒng)，其中，在所述鋰硫電池單元內(nèi)，電解質(zhì)被設(shè)置在所述電池陽(yáng)極板和所述電池隔板之間以及所述電池陰極板和所述電池隔板之間，并且在所述電化學(xué)電容器單元內(nèi)，相同的電解質(zhì)被設(shè)置在所述電容器陽(yáng)極板和所述電容器隔板之間以及所述電容器陰極板和所述電容器隔板之間。
4.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)電系統(tǒng)，其中，多個(gè)所述鋰硫電池單元和多個(gè)所述電化學(xué)電容器單元交替地堆疊。
5.一種儲(chǔ)電系統(tǒng)，包括鋰硫電池單元，其包括電池陽(yáng)極板，電池陰極板，和隔板；以及電化學(xué)電容器單元，包括電容器陽(yáng)極板，電容器陰極板，和電容器隔板。
6.如權(quán)利要求5所述的儲(chǔ)電系統(tǒng)，其中，所述隔板被設(shè)置在所述電池陽(yáng)極板和所述電池陰極板之間用于電絕緣。
7.如權(quán)利要求5所述的儲(chǔ)電系統(tǒng)，其中，所述電化學(xué)電容器單元被堆疊成通過(guò)單元隔板與所述鋰硫電池單元電絕緣。
8.如權(quán)利要求5所述的儲(chǔ)電系統(tǒng)，其中，所述電容器隔板被設(shè)置在所述電容器陽(yáng)極板和所述電容器陰極板之間用于電絕緣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)電系統(tǒng)，其通過(guò)將電化學(xué)電容器單元堆疊在鋰硫電池單元上而具有作為鋰硫電池單元的特性的高能量密度，并且在具有高輸出功率和高能量密度的同時(shí)，能夠進(jìn)行作為電化學(xué)電容器單元的特性的快速的輸出和快速的充/放電。
文檔編號(hào)H01M16/00GK102263312SQ20101052173
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者柳熙淵 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社, 起亞自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社