[發(fā)明專利]無隔離物的蓄電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380011840.1
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN104170146B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 約翰·迪倫
• 申請（專利權）人: 能源診斷有限公司
• 主分類號: H01M8/20
• 分類號: H01M8/20;H01M10/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 顧晉偉,鄭斌

技術領域

本發(fā)明涉及儲能電池以及制造所述儲能電池的方法。更具體地，本發(fā)明涉及包括層狀構造和共平面(co-planar)共平行(co-parallel)的陽極和陰極的儲能電池以及制造所述儲能電池的方法。

背景技術

存在許多類型的儲能系統(tǒng)和電池。然而，已知這些現(xiàn)有類型的系統(tǒng)在例如充放電速率、電阻、熱量管理和響應時間方面存在大量不足和低效。

本發(fā)明基于包括層狀構造和共平面共平行陽極和陰極的儲能電池，而其他層狀電池構造使用在電極間具有隔離物的共面緊密隔離電極。例如，卷形式的層狀電池構造已獲得了專利，例如US 7311996、US 6146785和US 5354629，通過引用將其并入到本文中。然而，這些系統(tǒng)由具有各自電解質的共面電極組成并且通過隔離膜隔離以使化學物質保持分開。

本發(fā)明的至少一個方面的一個目標為消除或減輕對前述設計特征中的至少之一或更多設計特征的需求。

本發(fā)明的至少一個方面的另一目標為提供改進的儲能電池系統(tǒng)。

發(fā)明內容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種儲能電池，包括：

電化學惰性且電絕緣的基底；

位于所述基底的一側上的陽極和位于所述基底的另一側上的陰極，其中陽極和陰極形成定位成彼此基本共平面且基本共平行的電極；

位于陽極與陰極之間的間隙，該間隙能夠使陽極電極和陰極電極電絕緣；

限定沿著陽極電極和陰極電極平行于電極之間的間隙的通道的間隔物；以及

沉積在通道中的電解質。

因此本發(fā)明在于提供包括層狀構造和基本共平面共平行的陽極和陰極的儲能電池。因此陽極和陰極可以為平坦平面結構，即膜或板狀結構。

典型地，電解質內可以包含陽極化學活性材料和陰極化學活性材料。

陽極電極和陰極電極在單電池設計的一個實施例中可以為相同導電型的材料或者可以為不同材料，例如鋅金屬陽極(負電極)和碳復合陰極(正電極)。

單電池可以包含允許通過改變輸入極性使陽極和陰極互換以用于逆向操作的陽極材料和陰極材料以及電解質化學物質。

本發(fā)明的電池設計的另一優(yōu)點為：例如在負電極處采用鋅化學物質的一些期望的電池化學物質(例如，鎳-鋅電池)在常規(guī)電池設計中面臨不利。在再充電時存在從負電極形成并生長出金屬(鋅)樹枝狀晶體的傾向，并且這些樹枝狀晶體可以穿透共面電池設計中的隔離物，導致短路、電池失效以及安全風險。該失效模式在共平面電池設計中減輕，原因是如果樹枝狀晶體形成，則它們將受上方的絕緣基底限制，而且電池被設計成在負電極和正電極之間具有足夠的間隙以防止任何側向的樹枝狀晶體生長而到達對面的電極。這與本發(fā)明的待通過對于某些化學物質的可逆的負電極和正電極操作的電池設計結合開拓了期望的化學物質的范圍，否則不能在需要長循環(huán)壽命的應用中采用該化學物質。

還可以沿著通道設置有頂層并且該頂層安置在間隔物上的頂層。

形成儲能電池的部分可以為螺旋形的形式使得儲能電池能夠螺旋成形。

儲能電池還可以包括連續(xù)長度的相關部分，其中長度被分段并且區(qū)段彼此堆疊。

儲能電池還可以包括除頂層之外的連續(xù)長度的相關部分，其中長度成螺旋形或堆疊使得基底的底部成為通道的頂層。

電化學惰性且電絕緣基底可以為基本平坦的平面結構并且可以由聚合物膜制成，例如PET、PP、PC、丙烯酸類聚合物(acrylic)、特氟隆?；卓梢跃哂屑s0.1mm的厚度。

位于電化學惰性且電絕緣基底的任一側上的陽極和陰極可以為平坦的平面結構并且可以沿著基底的長度延伸。陽極和陰極可以為板狀并且對于螺旋形長度為約500米以及對于堆疊長度為約50cm、寬度為約15mm以及厚度為約10微米并且由如下導電材料制成：例如碳；作為石墨或石墨烯的碳；碳聚合物復合物；碳金屬復合物；金；鉑；銀；鈀銅；鉬；鎳；鋅；鋁；鐵；金屬合金(例如鋅鎳合金、鎳鐵合金)；金屬氧化物(例如氧化銦錫、氧化釕、氧化鋰鈷)；導電聚合物膜(例如聚苯胺、聚噻吩、聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯(鹽)))；或層的組合(例如涂覆在銅膜或鋁膜上的碳)。

陽極和陰極可以包括多孔導電碳層，例如碳纖維氈、碳氣凝膠、活性碳，該多孔導電碳層用作為陽極和陰極化學反應提供增加的電極表面積。

基底以及陽極電極和陰極電極可以具有位于其外側上的厚度為約0.2mm的間隔層。