[發明專利]包括含硫電容器的電化學電池

在審

• 申請號: 201910851444.9
• 申請日: 2019-09-04
• 公開（公告）號: CN112447409A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 陸涌;李喆
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01G11/06
• 分類號: H01G11/06;H01G11/22;H01G11/32;H01G11/46;H01G11/30;H01G11/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王琳;楊思捷

本公開的各個方面的電容器輔助電化學電池包括至少兩個包含一個或多個與正集電器電連通設置的正電活性材料層的第一電極；至少一個包含一個或多個與第一負集電器電連通設置的第一負電活性材料層的第二電極；和至少一個包含一個或多個與第二負集電器電連通設置的第二負電活性材料層的復合電極。該第二負電活性材料層可以為多個負電活性粒子形式，該負電活性粒子包括碳質材料與金屬氧化物中的一種或多種。每個負電活性粒子可以具有多個孔隙和多個設置在所述多個孔隙中的硫添加劑粒子。

引言

本節提供與本公開相關的背景信息，該信息不一定是現有技術。

本公開涉及包括含硫電容器和混合超級電容器-電池組系統的電化學電池（例如鋰離子電容器）。

需要先進的能量存儲裝置和系統以滿足多種產品的能量和/或功率要求，包括汽車產品，如啟停系統（例如12V啟停系統）、電池組輔助系統、混合動力電動汽車（“HEV”）和電動汽車（“EV”）。例如，電容器可以在基于功率的應用中提供高功率密度（例如大約10 kW/kg），鋰離子電池組可以輸送高能量密度（例如大約100 Wh/kg – 300 Wh/kg）。在各種情況下，電容器輔助的電池組（“CAB”）（例如在單電池芯中與鋰離子電池組混合的鋰離子電容器）可以提供若干優點，例如與鋰離子電池組相比提高的功率容量。例如，集成電容器或超級電容器可用于在發動機啟動期間供應電流，以限制啟動期間由鋰離子電池組提取(draw)電流。在某些情況下，電容器輔助系統可能經歷相對低的能量密度。例如，此類能量密度可能來自于提高的電解質需求，這可能是陽極電容器材料相對大的表面積及其較低的容量的產物，并且需要提高電解質的量。因此，期望開發既具有提高的功率容量又具有提高的能量密度的電容器輔助的電池組或混合裝置和系統。

發明概述

本節提供公開內容的一般概述，并未全面公開其全部范圍或其所有特征。

在各個方面，本公開提供了一種電容器輔助的電化學電池。該電容器輔助的電化學電池可以包括至少兩個第一電極，其包括一個或多個與正集電器電連通設置的正電活性材料層；至少一個第二電極，其包括一個或多個與第一負集電器電連通設置的第一負電活性材料層；和至少一個復合電極，其包括一個或多個與第二負集電器電連通設置的第二負電活性材料層。該第二負電活性材料層可以是包括碳質材料與金屬氧化物中的一種或多種的多個負電活性粒子的形式。每個負電活性粒子可以具有多個孔隙和設置在所述多個孔隙中的多個硫添加劑粒子。

在各個方面，該負電活性粒子可以具有大于或等于大約1 nm至小于或等于大約1000 μm的平均粒度和大于或等于大約5體積%至小于或等于大約80體積%的孔隙率。

在各個方面，該硫添加劑粒子可以占據每個負電活性粒子的總孔體積的大于或等于大約0.01體積%至小于或等于大約100體積%。

在各個方面，該孔隙可以具有大于或等于大約0.1 nm至小于或等于大約500 nm的平均直徑，且該硫添加劑粒子可以具有大于或等于大約0.1 nm至小于或等于大約500 nm的平均粒度。

在各個方面，該至少一個復合電極可以具有大于或等于大約1 μm至小于或等于大約500 μm的厚度。

在各個方面，該至少一個復合電極可以進一步包括一種或多種附加的負電活性材料，其選自：鋰金屬、鋰合金、硅（Si）、硅合金、氧化硅、活性炭（AC）、硬碳（HC）、軟碳（SC）、石墨、石墨烯、碳納米管、鋰鈦氧化物（Li₄Ti₅O₁₂）、錫（Sn）、氧化釩（V₂O₅）、二氧化鈦（TiO₂）、鈦鈮氧化物（Ti_xNb_yO_z，其中0 ≤ x ≤ 2，0 ≤ y ≤ 24和0 ≤ z ≤ 64）、硫化亞鐵（FeS）及其組合。

在各個方面，該一種或多種附加的負電活性材料可以在一個或多個第三負電活性材料層中提供。