专利名称：储电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种储电系统，特别涉及一种具有高功率和高能量密度的储电系统。
背景技术：
大部分车辆使用石油或者柴油发动机作为动力来源。但是，随着环境污染在世界范围被广泛关注，使用电动机的电动车辆越来越受到人们的注意。由于化学能和电能之间在相互转化是可逆的，用于电动机的储电系统能够重复的充电和放电。优选地，储电系统包括具有阴极板和阳极板且在两者之间有隔板的电极组件， 具有空间以容纳该电极装置的箱体，以及与箱体结合并密封该箱体的顶板。目前的混合动力车辆的储电系统大多使用锂离子电池，这种电池理论上可以达到 570ffh/kg的能量密度。但是，锂离子电池实际上可以达到的能量密度是250Wh/kg，这样便限制了这种电池在要求一次充电就能行驶超过500公里的电动车辆中的应用。因此，人们已注意到了理论上具有能量密度2600Wh/kg的锂硫电池 (lithium-sulfur battery)，以实现电动车辆的高能量密度。此外，人们也做了很多研究去提高锂硫电池可实现的能量密度。然而，锂硫电池的工作电压为2. OV到2. 5V，低于现有的锂离子电池(3. 7V)，并且
其能量密度也低。本发明背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明一般背景技术的理解，因此，可能包含不构成对本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明优选的各个方面提出了一种储电系统，其通过将电化学电容器单元堆叠在锂硫电池单元之上，具有高能量密度和高输出功率，并且优选地，能够进行快速的充电或放
H1^ O本发明优选的实施方式提供了一种储电系统，其包括锂硫电池单元，其优选地包括电池阳极板，电池阴极板，和被适当地设置在电池阳极板和电池阴极板之间用于两者之间的电绝缘的隔板；以及电化学电容器单元，其被适当地堆叠成通过单元隔板与锂硫电池单元电绝缘，并且优选地包括电容器阳极板，电容器阴极板，和被设置在电容器阳极板和电容器阴极板之间用于两者之间的电绝缘的电容器隔板。优选地，单元隔板是多孔隔板(porous separator)，允许锂硫电池单元和电化学电容器单元的电子和离子的移动，并且将锂硫电池单元与电化学电容器单元电隔离。在锂硫电池单元内被设置在电池阳极板和电池隔板之间以及电池阴极板和电池隔板之间的电解质，可以与在电化学电容器单元内被适当地设置在电容器阳极板和电容器隔板之间以及电容器阴极板和电容器隔板之间的电解质相同。优选地，多个锂硫电池单元和多个电化学电容器单元可以交替地堆叠。根据本发明优选实施方式的储电系统通过将电化学电容器单元堆叠在锂硫电池单元上而具有高能量密度和高输出功率，并且能够进行快速的充/放电。本发明的方法和装置具有其它的特征和优点，这些特征和优点将从与并入本文的附图和下面的详细说明中变得显而易见并被更详细地说明，所附附图和下面的详细说明共同用于解释本发明的原理。应当理解本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括，诸如包括运动用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客汽车的机动车辆；包括各种船和艇的水运工具；航行器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆和其它可选的燃料车辆(例如从除了石油以外的资源中获得的燃料)。参照本文所述，混合动力车辆为具有两个或多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。本发明的上述特性和优点将从附图和以下详细说明中变得明显或在其中更详细地说明，附图结合在此说明书中并且形成此说明书的部分，与以下详细说明一起用来通过实施例说明本发明的原理。
现将参照由下面仅以示例方式给出的附图示例性说明的特定典型的实施方式来详细说明本发明的以上和其它特征，因此，这些特征不限制本发明，并且其中图1为示出根据本发明一个实施方式的储电系统的结构的视图。图2为示出图1的锂硫电池单元的结构的视图。图3为示出图1的电化学电容器单元的结构的视图。图4为示出根据本发明又一实施方式的储电系统的结构的视图。应该理解的是，附图不必按比例绘制，仅简化示出说明本发明基本原理的各种优选特征。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征， 部分地由特定应用和使用环境确定。
具体实施例方式如这里描述的，在优选的实施方式中，本发明的特征在于一种储电系统，包括含有电池阳极板，电池阴极板和隔板的锂硫电池单元，和含有电容器阳极板，电容器阴极板和电容器隔板的电化学电容器单元。在一个实施方式中，隔板被设置在电池阳极板和电池阴极板之间用于在两者之间的电绝缘。 在另外一个实施方式中，电化学电容器单元被堆叠成通过单元隔板与锂硫电池单元电绝缘。在另外又一个实施方式中，电容器隔板被设置在电容器阳极板和电容器阴极板之间用于在两者之间的电绝缘。
下文将详细参 照本发明的各个实施方式，其实施例在附图中图示并在下文描述。 尽管将结合示例性的实施方式说明本发明，但应理解，本说明书不是要将本发明限制到这些示例性的实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性的实施方式，还要涵盖包括在所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种选择、修改、等效物及其它实施方式。在一个优选的实施方式中，例如参考图1和图2，储电系统100优选包括锂硫电池单元110和电化学电容器单元120。根据另外一个优选的实施方式，锂硫电池单元110由电池阳极板，电池阴极板112 和被适当地设置在电池阳极板111和电池阴极板112之间的隔板113组成。优选地，电池阳极板111适当地由阳极集电体和在锂、锂合金和含锂的组合物中的至少一种活性材料组成。优选地，电池阴极板112适当地由阴极集电体和在硫、硫合金(sulfur alloy)和含硫的组合物中的至少一种活性材料组成。根据本发明优选的实施方式，电池隔板113是多孔隔板，其通过防止电池阳极板 111和电池阴极板112之间的接触使电池阳极板111与电池阴极板112电绝缘，并且允许锂离子在充放电时移动。优选地，锂硫电池单元110包括电解质114，其分别被适当地设置在电池阳极板 111和电池隔板113之间以及电池阴极板112和电池隔板113之间。优选地，具有这种结构的锂硫电池单元110理论上具有2600W/Kg的高能量密度。根据本发明的另外一个实施方式，电化学电容器单元120由电容器阳极板121，电容器阴极板122和被适当地设置在电容器阳极板121和电容器阴极板121之间的电容器隔板122组成。根据本发明优选的实施方式，电容器阳极板121和电容器阴极板122各包括极性集电体、被适当地设置在极性集电体和电容器隔板123之间用于各极性的活性材料、提供导电性的导体、以及增加活性材料和导体之间粘合力的粘合剂。优选地，电容器阳极板121 的活性材料可为CNT (碳纳米管(Carbon Nano-Tube))，并且电容器阴极板122的活性材料可为MO2。在这种结构中，根据本发明的一些优选的实施方式，电容器隔板是多孔隔板，其通过防止电容器阳极板121和电容器阴极板122之间的接触使电容器阳极板121与电容器阴极板122电绝缘，并且允许电子和电解质离子在充电/放电时移动。根据一些优选的实施例，电化学电容器单元120优选地包括电解质124，其分别被适当地设置在电容器阳极板121和电容器隔板123之间以及电容器阴极板122和电容器隔板123之间。优选地，电化学电容器单元120的电解质124与锂硫电池单元110的电解质 114相同。根据一些优选的实施例，这种电解质包括LiCF3So3，LiTFSi和DME(二甲氧基乙烷)。在本发明的另一个优选的实施方式中，在电化学电容器120中，充电或放电时，电子以快于离子的速度在电容器阳极板121和电容器阴极板122之间移动，从而能够在短时间内适当地储蓄和释放高能量。优选地，电化学电容器单元120被适当地堆叠在锂硫电池单元110上，以通过单元隔板130与锂硫电池单元110电绝缘。
根据本发明另外一些优选的实施方式，通过将单元隔板130适当地设置在锂硫电池单元110的电池阴极板112和电化学电容器单元120的电容器阳极板121之间，其能够使锂硫电池单元110与电化学电容器单元120电绝缘。在另外一些实施方式中，通过将单元隔板130适当地设置在锂硫电池单元110的电池阳极板111和电化学电容器单元120的电容器阴极板122之间，其能够使锂硫电池单元110与电化学电容器单元120电绝缘。
因此，在另外的示例性的实施方式中，单元隔板130被适当地设置在锂硫电池单元110和电化学电容器单元120之间，以通过适当地防止锂硫电池单元110的极性板与电化学电容器单元120之间的接触使这些单元电绝缘。优选地，单元隔板130由多孔隔板形成，以便锂硫电池单元110的离子和电子以及电化学电容器单元120的离子和电子容易地移动。因此，由于锂硫电池单元110和电化学电容器单元120被单元隔板130电绝缘而电子和离子能够移动，从而在充/放电时两者能够相互补充。根据本发明另外其它一些的实施方式，储电系统100，还包括具有空间容纳锂硫电池单元110和电化学电容器单元120电极装置的箱体(未图示)，并且该箱体可以完全充满电解质114，124。根据另外又一些的实施方式，通过将电化学电容器单元120堆叠在锂硫电池单元 110上，储电系统100具有作为锂硫电池单元110的特性的高能量密度，并且能够进行作为电化学电容器单元120的特性的快速的输出和快速的充/放电。因此，通过适当地堆叠电化学电容器单元120和锂硫电池单元110，通过补偿作为锂硫电池单元110的不足的低输出功率和电化学电容器单元120的低能量密度，储电系统100能够适当地具有高的输出功率和高的能量密度。进一步地，例如，如图4所示，储电系统200可以优选地由多个单元构成，该单元由将锂硫电池单元110和电化学电容器单元120交替堆叠而形成。另一种选择，在又一些实施方式中，储电系统200可以优选地由多个将锂硫电池单元110和电化学电容器单元120 无规则地堆叠而形成的单元组成。前面所描述的本发明具体的典型实施方式已经对图示和描述进行陈述。这些并不是穷举的或者将本发明限制在所公开的确定形式，并且显然地，许多修改和变化在上述的教导下是有可能的。选择和描述这些示例性的例子是为了解释本发明的某些原理和它们的实际应用，从而使得本领域的技术人员了解和利用本发明的各种优选的实施方式和各种替代和修改。本发明的范围由所附的权利要求及其等价形式限定。
权利要求
1.一种储电系统，包括锂硫电池单元，其包括电池阳极板，电池阴极板，和设置在所述电池阳极板和所述电池阴极板之间用于两者之间的电绝缘的隔板；以及电化学电容器单元，其被堆叠成通过单元隔板与所述锂硫电池单元电绝缘，并且包括电容器阳极板，电容器阴极板，和设置在所述电容器阳极板和所述电容器阴极板之间用于两者之间的电绝缘的电容器隔板。
2.如权利要求1所述的储电系统，其中，所述单元隔板是多孔隔板，允许所述锂硫电池单元和所述电化学电容器单元的电子和离子移动，并且使所述锂硫电池单元与所述电化学电容器单元电隔离。
3.如权利要求1所述的储电系统，其中，在所述锂硫电池单元内，电解质被设置在所述电池阳极板和所述电池隔板之间以及所述电池阴极板和所述电池隔板之间，并且在所述电化学电容器单元内，相同的电解质被设置在所述电容器阳极板和所述电容器隔板之间以及所述电容器阴极板和所述电容器隔板之间。
4.如权利要求1所述的储电系统，其中，多个所述锂硫电池单元和多个所述电化学电容器单元交替地堆叠。
5.一种储电系统，包括锂硫电池单元，其包括电池阳极板，电池阴极板，和隔板；以及电化学电容器单元，包括电容器阳极板，电容器阴极板，和电容器隔板。
6.如权利要求5所述的储电系统，其中，所述隔板被设置在所述电池阳极板和所述电池阴极板之间用于电绝缘。
7.如权利要求5所述的储电系统，其中，所述电化学电容器单元被堆叠成通过单元隔板与所述锂硫电池单元电绝缘。
8.如权利要求5所述的储电系统，其中，所述电容器隔板被设置在所述电容器阳极板和所述电容器阴极板之间用于电绝缘。
全文摘要
本发明涉及一种储电系统，其通过将电化学电容器单元堆叠在锂硫电池单元上而具有作为锂硫电池单元的特性的高能量密度，并且在具有高输出功率和高能量密度的同时，能够进行作为电化学电容器单元的特性的快速的输出和快速的充/放电。
文档编号H01M16/00GK102263312SQ20101052173
公开日2011年11月30日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年5月28日
发明者柳熙渊 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社