[發(fā)明專利]納米電容電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010080248.9
• 申請日: 2020-02-05
• 公開（公告）號: CN111276334A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 沈多然;沈新平
• 申請（專利權(quán)）人: 沈新平
• 主分類號: H01G11/12
• 分類號: H01G11/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明創(chuàng)造性的提出了一種納米電容電池的概念和制造方法，該方法以超級電容的原理為基礎(chǔ)，以納米級超級電容為基本單元，采取將基本單元層層疊加的結(jié)構(gòu)方法制造納米電容電池，這種電池具有超級電容充電時間短、使用壽命長、功率密度大以及環(huán)境友好的特點，在一定體積范圍內(nèi)納米級超級電容可數(shù)十萬層、數(shù)百萬層的層疊，極大地增加了單位體積儲存電荷電極的表面積，最大限度的縮小了極板之間的間距，可極大地提高單位體積納米電容電池的能量密度，是新一代理想的高密度環(huán)境友好電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料及微電子技術(shù)領(lǐng)域，提出了一個新的概念——納米電容電池，發(fā)明了以納米級超級電容為基本單元通過層層疊加、集流連接、整合分裝等流程生產(chǎn)納米電容電池的方法。

背景技術(shù)

可重復充電電池作為一種電能儲存轉(zhuǎn)換裝置，已廣泛應用于通訊、計算機、交通等產(chǎn)業(yè)，隨著時間的推移，其應用的廣度和深度還將進一步擴大。

鎳氫電池、三元鋰電池因為其單體能量密度較大,已經(jīng)得到比較廣泛的應用，如特斯拉電動汽車所采用的日本松下18650電池，其能量密度已達到每公斤250wh。但這類電池的生產(chǎn)需要消耗大量的稀土材料，以三元電池為例，鈷占比5%~20%，鎳占比5%~12%，錳占比7%~10%，鋰占比2%~5%，其平均使用壽命僅為5~8年，重復使用只有1000--2000次，據(jù)報道從2019年開始我國每年報廢的電池已超過20萬噸，大量的廢舊電池和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的棄渣因為含有大量的稀土材料，如不能得到有效的、及時的處理，對生態(tài)環(huán)境將會產(chǎn)生極為不利的影響。

超級電容又名雙電層電容，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間具有特殊性能的電源器件，其原理是依靠雙電層儲存電荷電能，其儲存電荷能力與電極基板的表面積成正比，與極板之間的間距成反比。超級電容儲存和釋放電荷的過程是可逆的、不發(fā)生化學反應的過程，正因為此，超級電容可重復充電數(shù)十萬次，使用年限長，充電10秒至10分鐘即可達到其額定容量的95%以上，功率密度最高可達每公斤300 w至5000w，產(chǎn)品生產(chǎn)所需要的原材料主要是銅、鋁、碳等常見普通材料，終身免維護，碳可以自然降解，報廢后的拆解，采取傳統(tǒng)成熟的回收利用工藝即可達到環(huán)保要求，超級電容是理想的綠色環(huán)保電源。超級電容的缺點是能量密度較低，僅為鋰電池的10%~20%，因而其應用主要集中在功率補償以及在短時間內(nèi)需要大功率輔助的電子設備，如閃光燈等，應用于公共交通時，則需要在途中快速充電，如寧波中車新能源科技公司阮殿波團隊研究生產(chǎn)的超級電容，單體容量已高達6萬法拉，將這種電容組合用作城市公共汽車電源，仍需每5公里在公交站利用乘客上下車的間隙進行快速充電。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對大容量可充電電池的研究、開發(fā)和生產(chǎn)提出了新的要求，這包括：一要環(huán)境友好，其生產(chǎn)、使用及回收全周期都應最大限度地減少對環(huán)境的不利影響；二要功率密度和能量密度都相對較大，以滿足不同類型設施設備的需求；三要充電時間短；四要使用壽命長；五要能確保使用過程中的安全，無爆炸漏電等安全隱患。鋰電池、鎳氫電池等等除了能量密度較大，安全性能正在逐步提高之外，其他的條件均難以滿足，而超級電容僅僅在能量密度方面處于劣勢，其他方面均是其強項。因此發(fā)明一種方法，以超級電容的基本原理為基礎(chǔ)，最大限度的提高其能量密度便是本發(fā)明的出發(fā)點。

近年來，材料科學、微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步不斷加快，納米物理與化學氣相沉積（PVD、ALD、CVD等）技術(shù)，已成為材料科學應用于半導體、精密儀器和航空產(chǎn)品生產(chǎn)過程中較為成熟的技術(shù)，氣相沉積技術(shù)不僅可沉積金屬膜、合金膜，還可以沉積化合物、陶瓷、半導體和聚合物膜等等，正如公告號CN102623175B、CN101800253A及CN110310843A等發(fā)明專利公告，納米級超級電容基本單元的正負電極、固態(tài)電解液以及高介電絕緣隔膜等基本構(gòu)件，均可通過物理氣相沉積技術(shù)生長而成。

發(fā)明內(nèi)容

本案發(fā)明了一種納米電容電池。