[发明专利]电存储装置及其电极

说明书

技术领域

本发明一般地涉及电极、包含该电极的电存储装置、以及用于生产该电极和该电存储装置的方法。

背景技术

在用于运输和通信设备的新型电池和电力网络的发展中已经取得了长足的进步，但当在具体环境中应用时，不同类型的电池可能仍会出现问题。例如，目前用于电动车辆的电池就有很多问题。对于这些电池，尤其是对于在车辆运行过程中各个阶段，在对电池的电流充放电方面有很高的要求。例如，在电动车辆中，需要由电池进行高倍率地放电以实现加速，并且，电池的高倍率充电也与再生制动相关。在使用铅酸电池的情形中，尤其在混合动力车辆中，电池的高倍率放电和充电会在负极板的表面上形成硫酸铅层，并在正负极板处产生氢气和氧气。由于高电流导致对电池的大量需求。对于电动车辆，这些电池通常工作的部分荷电状态(PSoC)条件为20～100％，对于混合动力车辆为40～60％，对于轻度混合动力车辆为70～90％。这就是高倍率部分荷电状态(High Rate Partial State-Of-Charge，HRPSoC)。在模拟的HRPSoC负荷下，例如当混合动力及轻度混合动力车辆运行时，主要由于硫酸铅不断地累积到负极板的表面上，因此铅酸电池可能会过早地失效。这是因为，硫酸铅在由再生制动或引擎进行充电时，不能高效地变回海绵铅。最终，这种硫酸铅层会发展成这样的程度，即极板的有效表面积大大减小，该极板再也不能传送汽车所需的较高电流。这就大大减小了电池的潜在寿命。

便携的且可充电的能量存储装置，例如可充电的电化学电池和电容器，对于驱动各种现代运输和通信装置变得越来越至关重要。如上所述，在许多装置中，需要将瞬时的高功率或高倍率与高能量相结合。已经开发出的混合动力电极和电池将电活性电容器与电化学电池相结合，来满足脉冲功率应用的峰值功率需求。尽管这种组合结构能够大大提升电池性能，例如带来了更长的循环寿命，但这种混合动力装置仍然存在各种问题，从而限制了其整体性能和循环寿命。

因此需要提供包含改进的铅酸电池的可选电极和电存储装置，以便与当前的电池相比，实现寿命和/或性能的改善。

发明内容

本发明一般地提供一种用于电存储装置的电极。所述发明还提供了一种包括该电极的电存储装置，例如包括该电极的铅酸电池。

在第一方面中，提供了一种用于电存储装置的电极，包括：

电流收集器；

第一电活性材料；

第二电活性材料；以及

导电垫；

其中：

所述第一电活性材料具有比第二电活性材料更高的能量密度，所述第二电活性材料具有比第一电活性材料更高的倍率性能；并且

所述导电垫为所述第一电活性材料和第二电活性材料中的至少一种材料提供结构性和导电性支撑。

在一个实施例中，所述导电垫能够为所述第一电活性材料和第二电活性材料中的至少一种材料提供结构性支撑，以减少其从电极脱落。在另一实施例中，所述导电垫为碳纤维片，例如为碳纤维非织物片。所述导电垫可以为多孔的和/或可以包括互连的导电纤维网络。

各个第一电活性材料、第二电活性材料和导电垫均可以设置在电流收集器上，或者设置于彼此之上，作为涂层、层或区域，采用各种顺序或结构，并且可以设置有其他涂层、层(包括中间层)或材料。任意一个或多个区域、层或涂层可以包括第一电活性材料和第二电活性材料，或者，任意一个或多个区域、层或涂层可以包括第一电活性材料和/或第二电活性材料，可选地具有一种或多种添加物，该添加物可以包括粘结剂或结合剂、增稠剂、纤维、导电材料和成孔剂。所述第一电活性材料可以以各种量与任意一个或多个区域、涂层或层中的第二电活性材料相混合，或者，所述第一电活性材料可以设置在一个或多个与第二电活性材料相分隔的区域、涂层或层。

在一个实施例中，所述导电垫包括包含有第一电活性材料和第二电活性材料中的至少一种材料的一个或多个涂层、层或区域。在另一实施例中，所述导电垫包括由第一电活性材料或第二电活性材料构成的一个或多个涂层、层或区域，其中可选地具有一个或多个添加物。在另一实施例中，所述导电垫被设置为中间层，将所述第一电活性材料与所述第二电活性材料隔离。在另一实施例中，所述第一电活性材料和第二电活性材料中的至少一种材料被沉积在导电垫上和/或合并到导电垫中。

在另一实施例中，第一电活性材料和第二电活性材料中的一种材料被设置为沉积在电流收集器上的第一分散层，而第一电活性材料和第二电活性材料中的另一种材料被设置为沉积在第一分散层上的第二分散层，其中，所述导电垫被设置为与第二分散层相接触的第三分散层。