具有增强的能量密度的能量储存装置的制造方法_3

文档序号:9568714阅读:来源:国知局
所述电极(多个电极)和隔板(多个隔板)完全浸透的电解质的量可以根据经验确定。例如,第一,可以在向所述能量储存装置浸注电解质之前,测量所述能量储存装置的质量。例如,可以在向所述能量储存装置中加入任何电解质之前,测量所述能量储存装置容器以及于所述容器内设置的所述能量储存装置的所述一个或多个电极和隔板的质量。随后,可以添加电解质至所述能量储存装置。例如,包括它的容器、电极(多个电极)和隔板(多个隔板)的所述能量储存装置,可以在室温下浸没于所述电解质中,例如电解槽中一段时间。这样的浸没可以促进所述能量储存装置的一个或多个电极和隔板对所述电解质的吸收。在一个实施方式中,所述能量储存装置可以在室温(例如,在约25°C的温度下)和大气压(例如,1个大气压(atm))下浸没于电解槽中约10分钟(min)至约20min,例如约15min。可以将未被所述能量储存装置的所述一个或多个电极和隔板吸收的电解质从所述能量储存装置容器中移除。例如,可以摇动所述能量储存装置从而使未被吸收的电解质从所述能量储存装置容器中排出。移除所述过量电解质后,所述能量储存装置容器可以被密封。
[0056]接着,可以将所述密封的能量储存装置放置于控温环境中。所述密封的能量储存装置然后可经历从大约室温到高温,接着冷却所述能量储存装置至低温然后,然后回至大约室温的温度循环。例如可以重复这样的温度循环,从而促进所述一个或多个能量储存装置电极(多个电极)和隔板(多个隔板)对所述电解质的吸收。为了开始所述温度循环,首先,可以按从室温(例如,在约25°C的温度下)至所述高温,例如约80°C至约90°C,包括约85°C的温度的增量来提高所述能量储存装置的温度。例如,可以以大约3°C每分钟的速率将所述能量储存装置的温度从大约室温提高至85°C。可以保持所述能量储存装置在所述较高温度下一段时间。例如,可以在约1.5小时至3小时,在一些实例中约2小时的时间段内,保持所述能量储存装置在85°C下。随后,可以在一段时间内按增量降低所述能量储存装置的温度到冷却温度下,例如约_30°C至约-50°C,如约-40°C。例如,可以以3°C每分钟的速率降低所述能量储存装置的温度至-40°C。可以在保持所述能量储存装置在所述较低温度下一段时间。例如,可以在约1.5小时至约3小时,在一些实例中约2小时的时间段内,保持所述能量储存装置在约-40°C。随后可以对所述能量储存装置进行加热,从而将所述能量储存装置的温度从所述较低温度提高至大约室温。例如,可以以:TC每分钟的速率提高所述能量储存装置的温度,直至所述能量储存装置的温度达到大约室温。可以进行一次该温度循环,或者可以重复一次或多次该温度循环。
[0057]接着所述温度循环之后,可以第二次将所述能量储存装置浸没于电解质中,例如电解槽中,持续一段时间,例如约15分钟。可以移除未被所述能量储存装置的所述一个或多个电极和隔板吸收的电解质,例如将过量电解质从所述能量储存装置容器中排出,在所述能量储存装置容器内留下被所述电解质完全浸透的所述一个或多个能量储存装置电极和隔板。包括电解质浸透的电极和所述隔板的所述能量储存装置的质量可在移除过量电解质后测量。在进行所述电解质浸透过程之前的所述能量储存装置的质量与包括被所述电解质浸透的所述一个或多个电极和隔板在内的所述能量储存装置的质量之间的差值可以用来经验性地确定用以使所述能量储存装置的所述多个电极和隔板完全浸透的电解质的量。
[0058]超出所述浸透量而添加的附加电解质质量可以用所述浸透量的百分比来表示。例如,在一些实施方式中,制造能量储存装置的过程包括添加总质量为电解质浸透量的100%和约104%之间的电解质至所述能量储存装置。例如,可以分步或同步添加质量为所述浸透量的100%的电解质和添加多达大约所述浸透量的4%的附加质量的电解质。由此而得的最终能量储存装置产品可以包括质量为足够使所述第一电极、所述第二电极和所述隔板完全浸透的电解质质量的至少100%且小于等于104%的电解质。参考图4,如下文描述,可以预期具有其他范围的最终能量储存装置产品。
[0059]基于能量储存装置的不同尺寸,超出浸透量添加的电解质的附加质量可以用实际质量来表示。例如,如果用以添加电解质至所述能量储存装置的制造工艺和/或制造工具可以包括约3克(g)的误差,使得所述工艺和/或工具的公差为大约±3g,在所述电解质添加过程中设置使用所述工具向所述能量储存装置中注入的电解质的量可以包括额外的3g电解质。在所述装置的制造过程期间,除去确定足够使所述装置的所述一个或多个电极或隔板浸透的量(例如,根据本文说明的一个或多个过程)以外,还可以提供电解质的该额外量(例如,3g)。当然,提供超出所述浸透量的与其他制造工艺误差值对应的附加质量也是可能的,例如lg、2g、4g以及甚至5g0
[0060]就图1或其他图而言,可以理解此处所描述的多个实施方式可以被应用于各种类型的能量储存装置,例如电容器、蓄电池、燃料电池和混合器件,例如组合电池/电容器和/或其他能量储存装置。此外,此处描述的多个实施方式可以被应用于所述多个能量储存装置内不同类型的电极,如平板电极或叠式电极、卷绕电极、单层、双层、双电层、双电极和/或其他类型的电极。
[0061]图2示出了具有果酱卷构造的能量储存装置200的实例。所述能量储存装置200可以与图1示出的装置100相似。装置200可以包括容器204,其中所述能量储存装置200的一个或多个电极和隔板可设置成卷绕构造,从而形成浸没于电解质209中的果酱卷202。所述能量储存装置204的容器204可以具有圆柱形状,以及包括被配置为加强所述能量储存装置200与外电路之间的电親合的第一端子206和第二端子208。例如,所述第一端子206可以被置于第一端部并且可以包括正充电端子,所述第二端子208可以被置于相反的第二端部并且可以包括负充电端子。
[0062]图3示出了图2中果酱卷200的自顶向下视图。所述果酱卷200可以包括成卷绕构造的一个或多个电极和隔板。例如,果酱卷200可以包括第一电极210和第二电极212,以及所述第一电极210和所述第二电极212之间的隔板214。在一些实施方式中,所述果酱卷200可以包括与所述第一电极210或所述第二电极212相邻的附加隔板214。在一些实施方式中,所述附加隔板214的位置可以取决于电极和隔板卷绕的方向。与具有非卷绕构造的能量储存装置相比,具有果酱卷构造的能量储存装置可以有助于能量储存装置具有更小的体积和/或能量储存装置更低的重量。具有果酱卷构造的能量储存装置,例如图2和图3中所示,可以包括有限量的电解质或者无显著附加电解质储层的情况下足够为所述能量储存装置的所述一个或多个隔板和电极提供期望的浸透的有限量的电解质,或可以具有期望摩尔浓度的电解质,如本文其他地方所描述的。例如,所述能量储存装置200可包括相对于果酱卷202的隔板(多个隔板)和电极(多个电极)的浸透有限量的电解质209,与图1中关于能量储存装置100所描述的电解质的量相似。
[0063]图4示出了用来制备具有有限量电解质的能量储存装置的流程520的实例。在方框522中,可以提供容器。在方框524中,可以将第一电极和第二电极插入所述容器中,其中可以将隔板置于所述第一电极和所述第二电极之间。如此处所描述,电极可以包括一个或多个电极膜和/或集流器。在方框526中,可以将最终总质量的电解质添加至所述容器内,其中所述质量为足够使所述第一电极、所述第二电极和所述隔板完全浸透的电解质质量的至少100%且小于104%。在一些实施方式中,添加的电解质质量可以介于所述浸透量质量的100%到103%之间。在一些实施方式中,添加的电解质质量可以介于所述浸透量质量的100%到102%之间。在一些实施方式中,添加的电解质质量可以介于所述浸透量质量的100%到101%之间,包括介于100%到100.75%之间。在一些实施方式中,添加的电解质质量可以介于所述浸透量质量的100%到100.5%之间,包括介于100%到100.4%之间、介于100%到100.3%之间、介于100%到100.2%之间,或者甚至低至介于100%到100.1%之间。
[0064]在一些实施方式中,通过为能量储存装置提供具有低于通常使用的浓度的盐浓度的电解质,本文的能量储存装置可以具有更高的能量密度性能和/或寿命性能。例如,再次参考图1,所述能量储存装置100的所述第一电极102、所述第二电极104和所述隔板106所浸入的电解质120可以具有有限的摩尔浓度。例如,所述电解质120可以具有降低的盐浓度同时提供足够量的可移动离子种类,从而增强期望的能量储存装置性能。所述电解质120可以包括在所述电解质溶剂中具有期望溶解度的盐,例如,在包括氰化甲烷的溶剂中具有期望溶解度,使得所述电解质120可以具有降低的浓度,同时在所述能量储存装置100的所述第一电极102和所述第二电极104之间保持或大体上保持期望的离子导电性。可以同样限制图2中能量储存装置200的电解质209的盐浓度。
[0065]在一些实施方式中,具有更强能量密度性能的能量储存装置可以包括其溶剂包括氰化甲烷的电解质。在一些实施方式中,具有更强能量密度性能的能量储存装置可以包括一种电解质,该电解质的盐包括在氰化甲烷溶剂中具有期望溶解度的季铵盐。在一些实施方式中,所述电解质盐的阳离子可以包括螺环季铵、四乙基甲基铵和/或四乙基铵。在一些实施方式中,所述电解质盐的阴离子可以包括四氟硼酸盐。例如,所述电解质可以包括具有螺环季铵四氟硼酸盐(SBPTFB)、四乙基甲基四氟硼酸铵(TEAMTFB)和/或四乙基四氟硼酸铵(TEATFB)的盐。例如,具有包括氰化甲烷的溶剂和包括螺环季铵四氟硼酸盐、四乙基甲基四氟硼酸铵和/或四乙基四氟硼酸铵的盐的电解质可以具有降低的盐浓度,而同时提供期望的化学上和/或电化学上的电解质稳定性。
[0066]在一些实施方式中,所述电解质可以具有低于1.0摩尔/升(M)的盐浓度。例如,所述电解质可以具有约0.95M的浓度。例如,所述电解质可以具有约0.7
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