专利名称：储能装置及其制造方法、和用于储能装置的单元电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种储能装置，且更特别涉及这样一种储能装置，其在所有堆叠的单元电池(unit cell)之上具有平均的温度分布，且有效地在正极端子和负极端子与外部空气之间传递热量，从而提高冷却效率，并因此提高储能装置的性能和可靠性，本发明还涉及所述储能装置的制造方法和用于储能装置的单元电池。
背景技术：
通常，电化学能存储装置是成品的核心部件，其实质上用于所有移动信息通信装置和电子器件中。而且，作为可应用于未来的电动汽车和移动电子器件的新再生能源领域，电化学能存储装置将无疑会被用作高质量的能量源。电化学能量存储装置的电化学电容器可被分为使用双电层原理的双电层电容器和使用电化学氧化还原反应的混合超级电容器。双电层电容器越来越多地用于需要高输出能量特征的领域中，但是却具有诸如小容量的问题。另一方面，已经研究了混合超级电容器作为增强双电层电容器的容量特征的新的代替方法。特别的是，混合超级电容器的锂离子电容器(LIC)可具有比双电层电容器的容量高3至4倍的存储容量。在下文中，将解释现有技术储能装置(诸如电化学电容器)的单元电池。如图I所示,用于现有技术储能装置的单元电池10包括电池体13,其包括正极端子11和负极端子12。更具体地，电池体13通过交替地堆叠分别具有正极端子11和负极端子12的阴极和阳极形成，且所述电池体进一步包括用于电隔离阴极与阳极的分离器。正极端子11和负极端子12彼此平行地设置在电池体13的一侧。如图2所示，通过堆叠具有上述结构的多个单元电池10且模块化单元电池10来构造储能装置I。在现有技术储能装置I中，以使得上部单元电池的负极端子与下部单元电池的正极端子连接的方式来堆叠所述多个单元电池10。换言之，所述多个单元电池10是以不同极性的端子沿堆叠方向交替地连接的方式来堆叠的，并因此所述多个单元电池串联连接并被构造为能够存储与所需电压相对应的电压的储能装置。然而，由于单元电池10的正极端子11、负极端子12和电池体13的导电率不同，因此所有单元电池上的温度分布是不均匀的，如果通过堆叠所述多个单元电池10来构造储能装置I的话，则仍然会遗留不均匀的温度分布的问题，且最高温度与最低温度相差很多，如图2所示，因此存在单元电池和储能装置的性能变差的问题。
发明内容
为了解决上述问题，已经开发了本发明，且本发明的目的是提供一种储能装置，其能够使所堆叠的单元电池之上的温度分布均匀，本发明还涉及所述储能装置的制造方法，和用于储能装置的单元电池。本发明的另一个目的是提供一种储能装置，其具有沿所有方向设置在其中的正极端子和负极端子，因此能够有效地实现端子与外部空气之间的热传递，本发明还涉及所述储能装置的制造方法，和用于储能装置的单元电池。本发明的另一个目的是提供一种储能装置，其通过改进冷却操作和降低电阻值来提高产品的性能和可靠性，本发明还涉及所述储能装置的制造方法，和用于储能装置的单 元电池。根据本发明的示例性实施例，提供了一种储能装置，其包括堆叠在其中的多个单元电池，每个所述单元电池均包括电池体、设置在电池体一侧处的正极端子、以及设置在电池体中的相对于所述电池体的中心与所述正极端子形成恒定旋转角的负极端子，其中以使得另一个单元电池相对于一个单元电池旋转恒定旋转角的方式来堆叠所述多个单元电池。所述一个单元电池的正极端子可串联地连接至至另一个单元电池的负极端子，或所述一个单元电池的负极端子可串联地连接至另一个单元电池的正极端子。当使得另一个单元电池相对于一个单元电池以恒定旋转角旋转地堆叠时，单元电池的电池体可被设计为使得另一个单元电池的电池体与一个单元电池的电池体沿堆叠方向彼此重合。例如，单元电池的电池体可具有方形或圆形形状。旋转角度可为90度。换言之，正极端子与负极端子之间相对于电池体的中心的旋转角度可为90度。电池体可包括按顺序堆叠的阴极和阳极，它们之间具有分离器，且阴极和阳极可分别包括正极端子和负极端子。阴极可包括正电流收集器(current collector,集流器)和设置在正电流收集器的每个相对表面上的正极活性材料层，且阳极可包括负电流收集器和设置在负电流收集器的每个相对表面上的负极活性材料层。根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种用于储能装置的单元电池，所述单元电池包括电池体、设置在电池体的一侧处的正极端子、和设置在电池体中的相对于电池体的中心与正极端子形成恒定旋转角的负极端子，其中用于储能装置的单元电池通过以下方式来构造储能装置，所述方式即，使得另一个单元电池相对于一个单元电池旋转恒定旋转角的方式来堆叠多个单元电池。根据本发明的又一个示例性实施例，提供了一种用于制造多个单元电池堆叠在其中的储能装置的方法，所述多个单元电池中的每个都包括电池体、设置在所述电池体的一侧处的正极端子、和设置在所述电池体中的相对于所述电池体的中心与所述正极端子形成恒定旋转角的负极端子，所述方法包括以使得另一个单元电池相对于一个单元电池旋转恒定旋转角的方式堆叠所述多个单元电池。
图I是示意性地示出了用于现有技术储能装置的单元电池的立体图；图2是示出了现有技术的储能装置的立体图和温度分布图，其中用于储能装置的多个单元电池堆叠在所述储能装置中，且也示出模拟结果的温度分布；图3是示意性地示出了根据示例性实施例的用于储能装置的单元电池的立体图；图4是示意性地示出了根据示例性实施例的储能装置的组装立体图；图5是示意性地示出了根据示例性实施例的储能装置的分解立体图；以及图6是示出了根据示例性实施例的储能装置的模拟结果的温度分布的视图。·
具体实施例方式在下文中，将参照附图更加详细地描述示例性实施例。在以下描述中，当在不同图中示出元件时，相同的附图符号和标记用于表示相同元件，将省略其额外的描述。在下文中，将参照图3至图6更加详细地描述用于储能装置的单元电池和包括该单元电池的储能装置。图3是示意性地示出了根据示例性实施例的用于储能装置的单元电池的立体图，图4是示意性地示出了根据示例性实施例的储能装置的组装立体图，图5是示意性地示出了根据示例性实施例的储能装置的分解立体图，以及图6是示出了根据示例性实施例的储能装置的模拟结果的温度分布的视图。如图3所示，根据示例性实施例的用于储能装置的单元电池110包括正极端子111、负极端子112和电池体113。正极端子111和负极端子112可以以相对于电池体113的中心形成恒定旋转角的方式设置在电池体113中。例如，旋转角可为90度。换言之，正极端子111与负极端子112之间相对于电池体113的中心的旋转角可为90度，且因此电池体113可具有矩形形状，但是不应将其视为限制性的。如果电池体113具有矩形形状，则正极端子111和负极端子112可分别设置在电池体113的一个侧表面上和与该一个侧表面相邻的另一个侧表面上，因此，正极端子111和负极端子112相对于电池体113的中心形成90度的旋转角。作为另一个实例,如果电池体113具有圆形形状,则正极端子111和负极端子112围绕电池体113的圆周设置，因而具有除90度以外的各种旋转角。参照图4和图5，在根据示例性实施例的储能装置100中，堆叠多个具有上述结构的单元电池110。当堆叠所述多个单元电池110时，使得另一个单元电池相对于一个单元电池以恒定旋转角旋转地堆叠在所述一个单元电池上。在本文中，当另一个单元电池以恒定旋转角旋转地堆叠在一个单元电池上时，可沿顺时针方向或逆时针方向实现旋转堆叠。更具体地，当向上堆叠单元电池110时，另一个单元电池沿顺时针方向旋转地堆叠在一个单元电池的顶部上，以使得另一个单元电池的负极端子串联地连接至一个单元电池的正极端子。然而，这不应被视为限制性的。一个单元电池可沿逆时针方向旋转地堆叠在一个单元电池的顶部上，以使另一个单元电池的正极端子串联地连接至一个单元电池的负极端子。此时，单元电池的电池体可以以下方式成形当另一个单元电池以恒定旋转角旋转地堆叠在一个单元电池上时，一个单元电池的电池体与另一个单元电池的电池体重合。换言之，优选的是，单元电池的电池体具有方形形状，但是单元电池的电池体可具有如上所述的圆形形状。在上述实施例中，由于储能装置100被构造为使得单元电池110以恒定旋转角旋转地堆叠，因此即使单元电池110具有不均匀的温度分布，整个储能装置100也能够具有均匀的温度分布。S卩，当堆叠单元电池110时，通过以恒定旋转角旋转单元电池110，储能装置100中的高温部分和低温部分在堆叠方向上彼此重叠，且因此，温度分布可保持均匀。因此，储能装置100中的最高温和最低温之间的差异降低，从而如图6所示使总温度分布保持均匀，图 6示出了与现有技术的储能装置一样的条件下执行的本发明的储能装置的模拟结果。另外，储能装置100具有的单元电池110以恒定旋转角旋转地堆叠，使得正极端子和负极端子均匀地分布在模块化的储能装置的所有方向上，并因此，提高了正极端子和负极端子与外部空气之间热传递效率，并从而提高了冷却效率。虽然没有详细示出，但是单元电池110的电池体113可包括按顺序堆叠的阴极和阳极，它们之间形成有分离器，且阴极和阳极可分别包括正极端子和负极端子。分离器可由纸或无纺织物制成。然而，这不应被视为限制性的。分离器可由可能够电隔离阴极与阳极的任何材料制成。阴极可包括正电流收集器和设置在正电流收集器的每个相对表面上的正极活性材料层。阳极可包括负电流收集器和设置在负电流收集器的每个相对表面上的负极活性材料层。正电流收集器可与正极端子111 一体形成，且负电流收集器可与负极端子112 —体形成。正电流收集器可由铝、不锈钢、铜、镍、钛、钽或铌中的一种制成。正电流收集器的厚度可为10 μ m至300 μ m。另外，正电流收集器可形成为薄膜形状的，但是其可包括多个穿孔，用于使离子有效地移动并实现均匀的掺杂处理。另外，正极活性材料层可包括碳材料，即，用于可逆地掺杂和不掺杂离子的活性碳。此外，正极活性材料层可进一步包括粘合剂。该粘合剂可由以下物质中的一种或两种或多种制成氟树脂，诸如聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯(PVdF);热塑性树脂，诸如聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP);纤维素树脂，诸如羧甲基纤维素(CMC);橡胶树脂，诸如丁苯橡胶(SBR)，三元乙丙橡胶(EPDM)、聚二甲基硅氧烷(PDMS )和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。负电流收集器可包含金属，例如，铜、镍或不锈钢中的一种。负电流收集器可具有薄膜形状，但是可具有多个穿孔，用于使离子有效地移动并实现均匀的掺杂处理。另外，可通过混合以下的一种或两种或多种碳材料(其可逆地掺杂和不掺杂离子)来使用负极活性材料层，所述碳材料诸如天然石墨、人造石墨、中间相浙青基碳纤维(MCF)、中间相炭微球(MCMB)、石墨晶须、石墨化碳纤维、非石墨化碳、聚并苯有机半导体、碳纳米管、碳和石墨的复合碳材料、糠醇树脂的热解材料、酚醛树脂的热解材料，和诸如浙青和焦炭的浓缩多环烃的热解材料。根据如上所述的储能装置及其制造方法、和用于储能装置的单元电池，优点在于所有堆叠的单元电池上的温度分布能够保持均匀。根据如上所述的储能装置及其制造方法、和用于储能装置的单元电池，能够提高正极端子和负极端子与外部空气之间的热传递效率，并从而能够提高冷却效率。根据如上所述的储能装置及其制造方法、和用于储能装置的单元电池，通过提高冷却功能来降低电阻值，从而能够保证产品的性能和可靠性。虽然为了解释的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将意识到在不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下可对本发明进行各种修改、增加和替换。因此，这样的修改、增加和替换也应被理解为落入本发明的保护范 围。
权利要求
1.一种储能装置，所述储能装置包括堆叠在其中的多个单元电池，每个所述单元电池均包括电池体、设置在所述电池体ー侧处的正极端子、以及设置在所述电池体中的相对于所述电池体的中心与所述正极端子形成恒定旋转角的负极端子， 其中，以使得另ー个单元电池相对于ー个单元电池旋转所述恒定旋转角的方式堆叠所述多个单元电池。
2.根据权利要求I所述的储能装置，其中，所述ー个单元电池的正极端子串联地连接至所述另ー个单元电池的负极端子，或所述ー个单元电池的负极端子串联地连接至所述另ー个单元电池的正极端子。
3.根据权利要求I所述的储能装置，其中，当所述另ー个单元电池相对于所述ー个单元电池以所述恒定旋转角旋转地堆叠时，所述ー个单元电池的电池体与所述另ー个单元电池的电池体在堆叠方向上彼此重合。
4.根据权利要求I所述的储能装置，其中，所述旋转角为90度。
5.根据权利要求I所述的储能装置，其中，所述电池体包括按顺序地堆叠的阴极和阳极，所述阴极和所述阳极之间具有分离器，并且所述阴极和所述阳极分别包括所述正极端子和所述负极端子。
6.根据权利要求5所述的储能装置，其中，所述阴极包括正电流收集器和设置在所述正电流收集器的每个相对表面上的正极活性材料层，且所述阳极包括负电流收集器和设置在所述负电流收集器的每个相对表面上的负极活性材料层。
7.ー种用于储能装置的单元电池，所述单元电池包括电池体、设置在所述电池体的一侧处的正极端子、和设置在所述电池体中的相对于所述电池体的中心与所述正极端子形成恒定旋转角的负极端子， 其中，用于所述储能装置的所述单元电池通过以下方式构造储能装置，所述方式即，以使得另ー个单元电池相对于ー个单元电池旋转所述恒定旋转角的方式堆叠多个单元电池。
8.一种用于制造储能装置的方法，多个单元电池堆叠在所述储能装置中，所述多个单元电池中的每个均包括电池体、设置在所述电池体的ー侧处的正极端子、和设置在所述电池体中的相对于所述电池体的中心与所述正极端子形成恒定旋转角的负极端子， 所述方法包括以使得另ー个单元电池相对于ー个单元电池旋转所述恒定旋转角的方式堆叠所述多个单元电池。
全文摘要
本发明公开了一种储能装置及其制造方法，以及用于储能装置的单元电池。所述储能装置包括堆叠在其中的多个单元电池，每个所述单元电池均包括电池体、设置在所述电池体一侧处的正极端子、以及设置在电池体中的相对于所述电池体的中心与所述正极端子形成恒定旋转角的负极端子，其中以使得另一个单元电池相对于一个单元电池旋转恒定旋转角的方式堆叠所述多个单元电池。根据本发明，能够将储能装置中的温度分布，即热量分布保持均匀，且能够提高所述端子与外部空气之间的热传递，并从而能够提高冷却效率。而且，通过提高冷却功能而降低电阻值，以便能够提高产品的性能和可靠性。
文档编号H01G11/22GK102856079SQ201210182768
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月5日 优先权日2011年6月27日
发明者尹灿, 郑玄喆, 郑永学, 金倍均 申请人:三星电机株式会社