[發明專利]基于鹵化鋰離子的儲能裝置及相關方法

在審

• 申請號: 201780081064.0
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN110121805A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: Y.張
• 申請（專利權）人: 雅寶公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01G11/06;H01G11/34;H01G11/36;H01G11/86;H01M10/0525;C01B32/194;C01B32/354
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進;楊思捷

一種儲能裝置具有：陰極，所述陰極包括由鹵化活性炭構成的一層或多層；陽極，所述陽極包括由鹵化石墨烯構成的一層或多層；以及鋰離子源。還描述了形成陰極或形成儲能裝置的相關方法。

技術領域

本發明涉及基于鋰離子的儲能裝置的技術領域。

背景技術

有關該背景技術部分中描述的相關技術領域的信息可以與本文所述和/或下文要求保護的裝置和/或技術的一些方面相關聯或為這些方面提供上下文。該信息作為背景，有助于更好地理解本公開中別處描述的信息。此類背景可包括對“相關”技術的論述，但這種論述絕不意味著它也是“現有”技術。相關技術可能是現有技術，也可能不是現有技術。本背景技術部分中的論述應當從這個角度來閱讀，而不是作為對現有技術的承認。

諸如鋰離子電容器(LIC)的儲能裝置是一種采用混合設計的儲能裝置，與傳統的雙電層電容器相比，其提供相對較高的輸出電壓和較高的能量密度，并且與傳統的鋰離子電池相比，其具有相對較高的功率密度。與傳統的鋰離子電池相比，LIC的放電安全性也更高。這種電容器具有用不同材料制成的陽極和陰極，陽極通常用涂覆有一層或多層例如石墨材料的集電器制成，所述石墨材料可嵌入或預先摻雜有鋰源，陰極通常用涂覆有一層或多層例如含碳材料(例如活性炭)的集電器制成。在一些設計中，陽極也可以僅由石墨材料構成，而不存在單獨的集電器。目前存在各種陽極和陰極材料和設計，但顯著增加的電容仍然是難以實現的目標。

因此，仍需要改進儲能裝置的能量存儲和功率輸出容量。

發明內容

本公開涉及以驚人的有效方式解決上述需求和其他需求的發明。在一個方面，本發明提供了一種儲能裝置，其包括：陰極(在這種情況下為帶正電的電極)，該陰極包括由鹵化活性炭構成的一個或多個表面層；陽極(在這種情況下為帶負電的電極)，該陽極包括由鹵化石墨烯構成的一個或多個表面層；以及鋰離子源。該裝置或單元可以是獨立的，或者是例如以常規方式串聯排列、纏繞或堆疊以提供高容量儲能裝置的多個單元中的一個。

本發明的另一方面提供了一種形成用于儲能裝置中的陰極的方法。該方法包括形成陰極以提供至少一個陰極表面層，該陰極表面層由氣相溴化活性炭構成。在本發明的一些特定方面，基于總溴化活性炭的重量計，氣相溴化活性炭中溴的量在約0.1重量％至約15重量％的范圍內。

在本發明的又一方面，提供了一種用于制備儲能裝置的方法。該方法包括：執行上述形成陰極的方法；形成陽極以提供至少一個陽極表面層，該陽極表面層由鹵化石墨烯構成；在陽極之中或相鄰處提供鋰離子源；并且將陽極和陰極彼此相鄰地設置且其間具有導電介質，以形成儲能裝置。應當理解，如本文所用，當描述鋰離子源相對于陽極的位置時，“相鄰”意指鋰離子源至少包含在封裝陽極、陰極和導電介質的儲能裝置殼體內并且足夠靠近陽極，使得該源在裝置使用期間以電化學方式貢獻鋰離子。

本發明的又一方面提供了一種儲能裝置，其包括第一電極、第二電極、鋰離子源和設置在第一電極與第二電極之間的導電介質，所述電極中的一個包括至少一個表面層，其中表面層由氣相溴化活性炭構成。在本發明的特定方面，基于總溴化活性炭的重量計，氣相溴化活性炭中溴的量在約0.1重量％至約15重量％的范圍內。

在本發明的一些方面，鹵化活性炭是氣相溴化活性炭。在本發明的一些方面，鹵化石墨烯包括溴化石墨烯。在本發明的其他方面，溴化石墨烯由溴化石墨烯納米片構成。在本發明的其他方面，溴化石墨烯納米片包括一個或多個石墨烯層，并且其特征在于，除了形成納米片的石墨烯層的周邊的碳原子之外，(i)不含除sp2碳之外的任何元素或組分，以及(ii)基本上無缺陷的石墨烯層，其中以溴計算并且基于納米片的總重量計，納米片中鹵素的總含量為約5重量％或更少。

通過隨后的說明書、附圖和所附權利要求，本發明的上述和其他方面和特征將進一步顯而易見。

附圖說明