[發明專利]一種雙極性非對稱超級電容器儲能裝置及其雙極性組件

在審

• 申請號: 201611126223.8
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN108199094A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 查為;孫鵬飛
• 申請（專利權）人: 乾碳國際公司
• 主分類號: H01M10/18
• 分類號: H01M10/18
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 樓仙英

本發明公開了一種用于雙極性非對稱超級電容器儲能裝置的雙極性組件，包括：基片，所述基片是絕緣的，并且包括相反的兩個表面；正極，所述正極包括含鉛的活性材料并且位于所述基片的一個表面上；負極，所述負極位于所述基片的另一個表面上；所述基片具有電連接通路，從而在正極和負極之間形成電連接；其特征在于，所述負極包括含碳的活性材料。本發明成功地將碳鉛電池技術和雙極性電池技術結合在了一起，從而有效提高了儲能裝置在進行雙向大功率、高頻率、部分充放電時的性能。

技術領域

本發明主要涉及雙極性非對稱超級電容器儲能裝置領域，也涉及一種用于雙極性非對稱超級電容器儲能裝置的雙極性組件。此外，還涉及一種包含前述儲能裝置的車輛或艦船。

背景技術

傳統的鉛酸電池已經被使用了一百多年，根據其一種常見結構，一個鉛酸電池單元包括交替排列的若干個正極板和若干個負極板，正負極板之間由吸附式玻璃纖維氈(AGM)隔膜分開。該AGM隔膜表面具有很多孔隙，使得帶電離子等能夠從中穿行而過。正負極板包括板柵和活性物質，其中板柵主要起到機械支撐活性物質及導電作用，且表面上涂覆有活性物質。正極板表面涂覆的活性物質可以是二氧化鉛，負極板表面涂覆的活性物質可以是海綿鉛。

由于兩方面的重要缺陷，傳統的鉛酸電池并不適合近期涌現的多種高速增長的“雙向大功率、高頻率、部分充放電”新興應用。一方面，在快速部分充放電過程中，海綿鉛的負極活性材料表面會產生硫酸鉛結晶(也被稱為“鹽化現象”)，嚴重縮短電池壽命。另一方面，為了將電流引出，需要設置匯流排。鉛的板柵和匯流排增加重量，但是不參與電化學反應，導致鉛酸電池的實際比能量(Wh/Kg)小于理論極限值的三分之一。

多年來，技術人員想了很多辦法來改進鉛酸電池的缺陷。中國專利ZL02812335.2就是其中的一個例子。該專利公開了一種使用鉛酸電池正極和碳超級電容器負極的非對稱超級電容器儲能裝置(又稱“碳鉛電池”)。其中，負極由銅集流體、導電/防腐/防水的碳保護層以及包括活性炭的負極活性材料層組合構成。碳鉛電池實現了鉛酸電池和碳超級電容器兩者優勢互補，從而具有更長的循環壽命、較高的比能量和比功率、快速部分充放電、低溫性能好、安全、全回收、成本低、性價比高等優點。

中國專利ZL200780047314.5公開了一種用于上述鉛碳電池的負極。該五層負極結構，包括銅集流體、銅集流體之外的耐腐/防水/導電保護層和保護層之外的含碳的負極活性材料層。由于耐腐/防水/導電保護層的存在，銅集流體完全不接觸硫酸電解液，從而免于受到稀硫酸的腐蝕。具體來說，該保護層包括用石蠟或松香浸漬的膨脹石墨薄膜，石蠟或松香用于完全密封石墨薄片的孔隙，從而使得碳保護層除導電及防腐外，還具備防水功能，保護銅集流體不受硫酸腐蝕。

中國專利ZL201080004102.0公開了另外一種對傳統鉛酸電池的改進，即雙極性電池，其在電化學原理方面沒有改變，但是對鉛酸電池產品的物理結構作出了創新，達到改善性能、降低成本的雙優效果。在該方案中，電池雙極組件包括一個絕緣基片，其兩側分別設置有電池組件的正極和負極，在絕緣基片上設置有多個孔，孔中包括導電焊料，將電池組件基片兩側的正極和負極通過導電焊料焊接導通。當多個電池組件以連續布置的方式串聯在一起時，一個組件的正極與另一個組件的負極相對設置，正極和負極之間設置有吸附式玻璃纖維氈(AGM)隔膜，隔膜上吸附稀硫酸電解液。在串聯的多個電池組件的兩端，通過端子將電池的正負極引出。在雙極性電池中，電流從各個電池組件的雙極板中穿板而過，使得電流路徑顯著變短，從而極大地降低了電池內部電阻。同時該雙極性鉛酸電池在單位容量(千瓦時)下比傳統單極性鉛酸電池的鉛用量減少三分之一，比能量提高四分之一，比功率加倍，循環壽命加倍，總成本顯著降低。

上述幾件專利在此都被引用作為本專利的一部分。