[发明专利]高能量密度电化学电容器

权利要求书

1.一种具有初始充电状态和循环充电状态的电化学电容器，包括：

具有第一混合物的阳极，所述第一混合物具有第一大量导电含碳颗粒，所述第一大量导电含碳具有第一平均孔隙度；

具有第二混合物的阴极，所述第二混合物具有第二大量导电含碳颗粒，所述第二大量导电含碳颗粒具有比所述第一平均孔隙度大的第二平均孔隙度；以及

电解质，与所述阳极和所述阴极物理接触和电接触，

其中在所述循环充电状态下的所述第一混合物基本上不含锂金属颗粒，并且还含有嵌入所述第一大量含碳颗粒的大量锂离子，其中所述阴极和所述电解质的质量比率小于1。

2.根据权利要求1的电化学电容器，其中在所述初始充电状态的所述第一混合物还包括与所述第一大量含碳颗粒混合的大量锂金属颗粒，并且其中在初始充电状态下的所述第一大量含碳颗粒基本上不含锂离子。

3.根据权利要求2的电化学电容器，其中所述锂金属颗粒和所述第一大量颗粒的质量比至少是2.59×10^-4c_C，其中c_C是所述第一大量含碳颗粒的比电容。

4.根据权利要求2的电化学电容器，其中所述锂金属颗粒和所述第一大量颗粒的质量比至少是2.59×10^-4c_C×1.2，其中c_C是所述第一大量含碳颗粒的比电容。

5.根据权利要求1的电化学电容器，其中所述第一大量含碳颗粒进一步包括大量硬碳颗粒。

6.根据权利要求1的电化学电容器，其中所述第一大量含碳颗粒由从硬碳、石墨碳和碳微球所组成的组中选择的含碳颗粒构成。

7.根据权利要求1的电化学电容器，其中所述第二大量含碳颗粒由大量活性炭颗粒组成。

8.根据权利要求7的电化学电容器，其中所述大量活性炭颗粒通过粘合剂结合在一起。

9.根据权利要求7的电化学电容器，其中所述大量活性炭颗粒通过含碳纤维网络结合在一起。

10.根据权利要求7的电化学电容器，其中所述含碳纤维网包括碳纳米管网络。

11.根据权利要求1的电化学电容器，其中所述第二大量含碳颗粒包括大量活性炭颗粒和稳定的锂金属粉末。

12.根据权利要求5的电化学电容器，其中所述第二大量含碳颗粒包括大量活性炭和稳定的锂金属粉末。

13.一种制造电化学电容器的方法，包括：

提供具有第一集流板、第二集流板和在它们之间的电绝缘多孔隔离层的壳体；

将第一混合物放置在所述第一集流板上，所述第一混合物包括大量大量锂金属颗粒和第一大量导电含碳颗粒，该第一大量导电含碳颗粒具有第一平均孔隙度；

将第二混合物放置在所述第二集流板上，所述第二混合物包括第二大量导电含碳颗粒，其具有比所述第一平均孔隙度大的第二平均孔隙度；以及

将电解质注入所述壳体内。

14.根据权利要求13的方法，进一步包括：

将负荷连接在所述第一和所述第二集流板之间以将所述大量锂金属颗粒基本上离子化成悬浮在所述电解质中的大量锂离子，并将所述大量锂离子吸引向所述第二混合物；以及

使充电电流流经过所述第一和第二集流板，以将所述大量锂离子吸引向所述第一大量含碳颗粒并使所述大量锂离子嵌入所述第一大量含碳颗粒。

15.根据权利要求13的方法，其中所述放置所述第一混合物还包括选择所述大量锂金属颗粒和所述第一大量含碳颗粒的质量比为2.59×10^-4c_C，其中c_C是所述第一大量含碳颗粒的比容量。

16.根据权利要求13的方法，其中所述放置所述第一混合物还包括选择所述大量锂金属颗粒和所述第一大量颗粒的质量比是2.59×10^-4c_C×1.2，其中c_C是所述第一大量含碳颗粒的比容量。

17.根据权利要求13的方法，其中所述放置所述第一混合物还包括选择所述第一大量含碳颗粒为包括大量硬碳颗粒。