[發(fā)明專利]一種內(nèi)部串聯(lián)工藝的儲(chǔ)能器件

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810143800.7
• 申請(qǐng)日: 2018-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108400017A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉;王俊華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 烯晶碳能電子科技無(wú)錫有限公司
• 主分類號(hào): H01G11/10
• 分類號(hào): H01G11/10
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 邵驊

一種內(nèi)部串聯(lián)工藝的儲(chǔ)能器件，包括多片電極片，以電極片、隔膜交替的疊片組裝方式組裝成電芯，電芯外部包覆隔膜；最外側(cè)兩片電極片分別單面涂覆正極活性材料與負(fù)極活性材料；中間電極片的兩面分別涂覆正極活性材料與負(fù)極活性材料；相鄰兩片電極片相對(duì)的面涂覆的活性材料極性相反；儲(chǔ)能器件采用鋁塑膜封裝，電極片之間填充電解液。本發(fā)明采用內(nèi)串聯(lián)工藝將多個(gè)獨(dú)立串聯(lián)電容或電池封裝在一個(gè)單體中，使其的工作電壓提升至幾十或者幾百伏。與外串聯(lián)型模塊相比，內(nèi)串聯(lián)工藝在大幅度提高工作電壓的同時(shí)，還有效減少儲(chǔ)能器件單體的重量和體積，提高儲(chǔ)能器件的能量密度和功率密度。其串聯(lián)方式沿著電力線方向進(jìn)行，得到的單體具有明顯低內(nèi)阻的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲(chǔ)能器件體系的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種新型內(nèi)部串聯(lián)工藝儲(chǔ)能器件。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)化石能源的緊缺與人類對(duì)能源需求的日益增加，發(fā)展高效而又綠色的替代能源已經(jīng)迫在眉睫。近年來(lái)，人類除了對(duì)新能源的關(guān)注開(kāi)發(fā)外，對(duì)儲(chǔ)能器件的研究也越來(lái)越廣泛。超級(jí)電容器和鋰離子電池作為新興的儲(chǔ)能器件，由于它們的各自優(yōu)異的儲(chǔ)能特性，在能源、汽車(chē)、醫(yī)療衛(wèi)生、電子、軍事等領(lǐng)域已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用。

對(duì)于超級(jí)電容器而言，碳基材料是目前最為成熟且廣泛商業(yè)應(yīng)用的超級(jí)電容器電極材料，其儲(chǔ)能形式表現(xiàn)為雙電層電容儲(chǔ)能機(jī)制。雙電層比電容主要和電極材料的有效比表面積、電解質(zhì)和雙電層的厚度有關(guān)系。單電極比容量的計(jì)算如式1.1，

C為活性物質(zhì)的比容量，ε_r為電解液中的介電常數(shù)，ε₀為真空中的介電常數(shù)，A為表面積，d為雙電層的厚度。如果組裝成器件后，整體的比容量受限于比容量較小的電極，其比容量計(jì)算如式1.2所示，

能量密度的計(jì)算如式1.3所示，

功率密度的計(jì)算如式1.4所示，

然而目前超級(jí)電容器單體的最高工作電壓通常只有1-3V，嚴(yán)重制約了其能量密度與功率密度的提升(均為電壓的平方倍關(guān)系)。除此之外，大多數(shù)電子器件超級(jí)電容器的使用于較高電壓的場(chǎng)合環(huán)境，目前單體電壓無(wú)法滿足正常的工作需求。因此提升工作電壓的需求，迫在眉睫。目前提升電壓方式主要有三種形式：

(1)材料本身，通過(guò)更換電極材料尋求材料表面活性與電解液離子活度等因素間的合適匹配，提高電壓，但這方面可操作的空間不大。一方面受制于材料自身的因素，電壓提高非常困難；另一方面受限于電解液的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，不可能無(wú)限提高電壓。

(2)使用無(wú)溶劑電解液，如離子液體，可將工作電壓窗口提高至3.5V以上，并且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性與高低溫性能等明顯優(yōu)勢(shì)；但其成本昂貴，目前難以產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

(3)若干只單體需要外部串聯(lián)使用，而尤其軟包超級(jí)電容器的焊接較困難、串聯(lián)后外觀不美觀、固定困難、并且較大接觸內(nèi)阻也會(huì)影響其高功率性能的發(fā)揮。

對(duì)于鋰離子電池而言，各個(gè)鋰離子電池體系擁有固定的充放電電壓平臺(tái)，電壓基本局限于材料的平臺(tái)電壓和電解液的電壓工作窗口，基本上最高電壓不超過(guò)4.5V。鋰電池的能量密度和容量及平臺(tái)放電電壓呈現(xiàn)線性關(guān)聯(lián)，電壓的重要性不言而喻。除此之外，對(duì)于大多應(yīng)用場(chǎng)合如動(dòng)力電池方面的高壓需求，單體電壓無(wú)法滿足。傳統(tǒng)的方式為電池包模組形式，通過(guò)外部串聯(lián)的方式，獲得需要得到高壓需求如64V、或128V等更高的放電電壓。然而，這種形式下多個(gè)單體需要外部串聯(lián)使用，而尤其軟包鋰離子電池的焊接較困難、串聯(lián)后外觀不美觀、固定困難、并且較大接觸內(nèi)阻也會(huì)影響其高功率性能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有的儲(chǔ)能器件單體電壓較低的缺陷，提供一種新型的儲(chǔ)能器件，通過(guò)極片內(nèi)部串聯(lián)技術(shù)制備高工作電壓及低內(nèi)阻的儲(chǔ)能器件。