[发明专利]高能量密度电化学电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电容器，更具体地涉及高能量密度电化学电容器。

背景技术

电化学(EC)电容器(或者超级电容器)一般具有高电能密度、高可靠性、高能量效率和长工作寿命。已经研发出了几种类型的EC电容器供各种领域使用。在再生能源领域，EC电容器通常用于响应风的变化来调整风车的叶片，并用来存储太阳能面板产生的能量。在交通领域，EC电容器通常用来操作可充电的电动公共汽车、混合动力电动车和在再生制动过程中的能量存储。在消费电子领域，例如在照相机上EC电容用来帮助提供脉冲功率用于闪存图片。EC电容器还可以用于工业设置中，给用于提升重物的装备(比如铲车)提供短的功率脉冲，因为它们提供的工作寿命比传统的铅酸电池提供的工作寿命长。EC电容器还用于汽车和作为能量存储部件的实用性应用。

发明内容简述

一个实施例涉及具有初始充电状态和循环充电状态的电化学电容器。电化学电容器可以包括阳极、阴极和电解质。所述阳极可以包括第一混合物。第一混合物可以包括具有第一平均孔隙度的第一大量导电性含碳颗粒。阴极可以包括第二混合物。第二混合物可以包括具有比所述第一平均孔隙度大的第二孔隙度的第二大量导电含碳颗粒。所述电解质可以与所述阳极和所述阴极物理接触和电接触，其中，在循环充电状态下的第一混合物可以基本上不含锂金属颗粒，并且还包括嵌入所述第一大量含碳颗粒的大量锂离子，并且其中所述阴极和所述电解质的质量比率小于小于1。

在所述初始充电状态的第一混合物可以还包括与所述第一大量含碳颗粒混合的大量锂金属颗粒。在所述初始充电状态的所述第一大量含碳颗粒可以基本上不含锂离子。所述锂金属颗粒和所述第一大量颗粒的质量比可以至少是2.59×10^-4c_C或者至少是2.59×10^-4c_C×1.2，其中c_C是所述第一大量含碳颗粒的比容量。所述第一大量含碳颗粒可以还包括大量硬碳颗粒。所述第一大量含碳颗粒可以由从硬碳、石墨碳和碳微球构成的组中选择的含碳颗粒构成。

所述第二大量含碳颗粒可以由大量活性炭颗粒构成。所述大量活性炭颗粒可以由粘合剂结合在一起。所述大量活性炭颗粒可以由含碳纤维络连结。所述含碳纤维网络可以包括碳纳米管网络。所述第二大量含碳颗粒还可以包括大量活性炭颗粒和稳定的锂金属粉。

另一个实施例涉及一种制造电化学电容器的方法。该方法可以包括：提供壳体，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；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锂金属颗粒，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具有比所述第一平均孔隙度大的第二平均孔隙度的导电含碳颗粒；将电解质注入所述壳体中。

所述方法可以还包括，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都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；以及引导充电电流经过所述第一和所述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入所述第一大量含碳颗粒。

所述放置所述第一混合物的步骤可以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为2.59×10^-4c_C或者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。所述放置所述第一混合物的步骤可以还包括选择所述第一大量含碳颗粒为包括大量硬碳颗粒。所述放置所述第一混合物的步骤可以还包括选择所述第一大量含碳颗粒为由从硬碳、图形碳和碳微球组成的组中选择的含碳颗粒构成。

所述放置所述第二混合物的步骤可以还包括选择所述第二大量含碳颗粒以包括大量活性炭颗粒。所述放置所述第二混合物的步骤可以还包括用粘合剂将所述大量活性炭颗粒结合在一起。所述放置所述第二混合物的步骤可以还包括用含碳纤维网络结合所述大量活性炭颗粒。所述结合步骤可以还包括使用纳米管网络形成所述含碳纤维网络。所述放置所述第二混合物的步骤可以还包括选择所述第二大量含碳颗粒以及包括大量活性炭颗粒和稳定的锂金属粉。

附图简要说明

图1A是现有的有两个双层电极的对称电池在充电-放电过程中电势变化的示意图。