[發(fā)明專利]一種高比能量/高比功率型超級(jí)電池

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010114605.5
• 申請(qǐng)日: 2010-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN101847764A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安仲勛;曹小衛(wèi);吳明霞;衡建坡;苗小麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海奧威科技開發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): H01M16/00
• 分類號(hào): H01M16/00;H01M10/0525;H01M4/38;H01M4/66;H01M4/62
• 代理公司: 北京連和連知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 王光輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高比能量/高比功率型超級(jí)電池。

背景技術(shù)

隨著人類一直大規(guī)模使用的煤、石油、天然氣等天然資源日益枯竭，能源危機(jī)與資源短缺等問題日益突出。與此同時(shí)，天然化石能源燃燒所釋放出來的有害氣體帶來的環(huán)境問題也日益成為制約人類社會(huì)發(fā)展的重要因素。因此充分利用現(xiàn)有的能源，開發(fā)綠色環(huán)保新能源及其相關(guān)技術(shù)，成為當(dāng)前研究者所要迫切解決的課題。其中，以鋰離子二次電池和超級(jí)電容器為代表的能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域成為研究的熱點(diǎn)之一。鋰離子二次電池具有體積小、重量輕、工作電壓高、比能量大、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)；超級(jí)電容器具有功率密度高、大電流充放電能力強(qiáng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)等眾多優(yōu)點(diǎn)。兩種環(huán)保綠色的能源器件經(jīng)過各國(guó)企業(yè)及科研工作者數(shù)十年的研究，在信息產(chǎn)業(yè)、能源交通等眾多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。但是由于鋰離子二次電池存在著功率密度低、循環(huán)壽命短的缺點(diǎn)，超級(jí)電容器則存在著能量密度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了兩者在一些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用。為了克服這兩種新型能源器件帶來的缺陷，科研工作者都在積極探尋開發(fā)一種新的能源器件，以望結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)從而獲得一種性能更為優(yōu)良的新型能源器件。

目前將超級(jí)電容器與二次電池這兩種儲(chǔ)能體系結(jié)合起來的方式有兩種，一種是“外結(jié)合”式(即將兩者的單體通過電源管理系統(tǒng)組合成一個(gè)儲(chǔ)能組件或系統(tǒng))；另一種是“內(nèi)結(jié)合”式(即將兩者有機(jī)地結(jié)合在同一單體中)。由超級(jí)電容器和蓄電池并聯(lián)組成的混合電源系統(tǒng)(“外結(jié)合”式電源系統(tǒng))，雖然可以獲得電動(dòng)汽車的動(dòng)力，但因存在比功率低、重量和體積過大、以及系統(tǒng)管理與控制過于復(fù)雜而不夠理想?！皟?nèi)結(jié)合”式電源系統(tǒng)具有比功率高、重量和體積小、成本低，容易保證單體的一致性，減少管理系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此，成為了當(dāng)今研究的重點(diǎn)。

此類有機(jī)混合超級(jí)電容器，由于正負(fù)極都引入了，在溫度較高(大于40℃時(shí))，單體電壓高于3.6V時(shí)電解液分解嚴(yán)重，限制了它的大規(guī)模的應(yīng)用。近幾年，日本電容器廠商紛紛研制一種新的超級(jí)電容器——混合型鋰離子超級(jí)電容器，正極采用傳統(tǒng)的雙電層電容器的極片，其中最常用的為活性炭極片，負(fù)極采用鋰離子電池的負(fù)極碳材料為活性物質(zhì)的極片，其中效果最好的為硬碳。此類電容器單體比能量已達(dá)到20h，較對(duì)稱體系的雙電層超級(jí)電容器比能量已有大幅度提高，但還是難滿足新能源電動(dòng)車的需求。

鋰離子由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、比能量高、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最理想的能源，目前已成功的應(yīng)用于手機(jī)、筆記本、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域，但由于鋰離子電池的特點(diǎn)，在高倍率下循環(huán)，壽命和安全性不理想，以至于它在新能源電動(dòng)車領(lǐng)域的應(yīng)用并不成熟。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過將鋰離子與超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)相融合，在高倍率充放電時(shí)，超級(jí)電容器起到一個(gè)緩沖器的作用，從而使鋰離子電池除了在保持工作電壓高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)外，還體現(xiàn)出高的充放電的能量密度和循環(huán)壽命，使高比能量型超級(jí)電池?fù)碛懈鼘掗煹膽?yīng)用領(lǐng)域。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高比能量/高比功率型超級(jí)電池，由正極、負(fù)極、介于兩者之間的隔膜及電解液組成，其中，一個(gè)超級(jí)電池單元是由鋰離子電池電極和鋰離子超級(jí)電容器電極并聯(lián)組成。

其中，正極是由鋰離子電池中鋰離子嵌入化合物材料的電極片和超級(jí)電容器中多孔碳材料的電極片并聯(lián)而成，負(fù)極采用鋰離子電池負(fù)極碳材料電極，電解液采用含有鋰離子鹽的非水有機(jī)溶劑電解液。

其中，所述的鋰離子嵌入化合物包括：LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄、LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiMnO₂中的一種或者混合物。

其中，所述的多孔碳包括活性炭、碳布、碳纖維、碳?xì)?、碳?xì)饽z、碳納米管中的一種或者混合物。

其中，所述負(fù)極碳材料包括負(fù)極采用鋰離子電池負(fù)極碳材料電極，包括MCMB或者、天然石墨、人造石墨、硬碳、炭黑中的一種或者混合物。