電功率存儲設(shè)備制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種電功率存儲設(shè)備,所述功率存儲設(shè)備包括:涂覆有碳(石墨、膨脹石墨、活性碳、碳黑、碳納米纖維、CNT或者石墨涂覆的CNT)的高表面面積纖維(例如,具有形狀的纖維和/或微纖維)；電解質(zhì)；和/或位于電極中的電極活性材料(例如,鉛氧化物)。所述電極用于形成諸如電化學(xué)電池、電化學(xué)雙層電容器以及非對稱電容器的電存儲設(shè)備。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請是申請日為2009年11月18日、國際申請?zhí)朠CT/US2009/064992、國家申請?zhí)枮?00980146053.1、專利技術(shù)名稱為“電功率存儲設(shè)備”的專利技術(shù)專利申請的分案申請。相關(guān)申請本申請要求享有2008年11月18日提交的美國臨時申請61/115,815和2009年2月9日提交的美國臨時申請61/150,987的優(yōu)先權(quán)，在這里以引用的方式將二者全部并入本文。
本專利技術(shù)涉及電化學(xué)電池、電化學(xué)雙層電容器以及非對稱電容器中的纖維(例如，毛細(xì)纖維)的使用。
技術(shù)介紹
已知提供諸如電化學(xué)電池和電容器之類的電功率存儲設(shè)備在諸如汽車之類的車輛中使用。例如，已經(jīng)在啟動、點火和引燃(SLI)應(yīng)用中使用鉛酸電池。最常見的兩種電功率存儲設(shè)備是電池和電容器。通過生成施加到也可以用作電荷收集器的基底(例如，柵格、板或者絲網(wǎng))的鉛膏來形成常規(guī)的鉛酸電池電極。隨著鉛膏的干燥，在電池電解質(zhì)可能進(jìn)入的鉛膏內(nèi)形成開孔，這增加了柵格的反應(yīng)面積并且增加了其電荷能力。然而，過量的孔隙率降低了電極的結(jié)構(gòu)整體性。此外，由于常規(guī)的電極具有有限的孔隙率，大量的活性材料不能接近電解質(zhì)并且由于其對于反應(yīng)不可用而未被充分利用或者基本上被浪費。典型地，常規(guī)鉛酸電極中的大約一半的鉛不可用或者未被使用。在整個壽命期間，電池會多次進(jìn)行充電和放電，這也會隨著供應(yīng)電流重復(fù)反向的還原-氧化反應(yīng)而使電極降質(zhì)。隨著時間的過去，電極的一部分可能變得與電極的剩余部分電斷開。電極的結(jié)構(gòu)整體性也隨著時間惡化。為了將電極材料保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫梢允褂眉喣粚?scrimlayer)(例如，纖維網(wǎng)眼)。可以在施加活性材料膏之前在電荷收集器上放置紗幕層和/或在施加活性材料膠之后放置在該膏上。紗幕層可以幫助將電極保持在一起，但是不改善孔隙率或者增加反應(yīng)性。電容器以兩個導(dǎo)體之間的電場形式存儲功率。典型的電容器使用薄板的堆疊(交替的電容器板和電介質(zhì))或者薄片的卷(交替的電容器和電介質(zhì)片卷在一起)。能量通常以具有相等幅值和相反極性的電荷的形式存儲在由電介質(zhì)材料分隔開的相鄰板或者片中。在典型的電容器中，電流從電容器表面流經(jīng)整個電容器板，要求所述板是導(dǎo)電的以降低電阻損失，并且足夠厚而不會過熱和熔化。這樣的要求對電容器的功率存儲與重量比提出了不期望的限制。電容(即，存儲在每一個板上的電荷量)與板表面面積成正比并且與板之間的距離成反比。因而，增加電容器存儲能量的能力通常要求增加板尺寸和/或降低板之間的距離。然而，增加板尺寸增加了電阻和過熱問題，并且降低板間隔增加了電荷直接經(jīng)過板之間(即，短路)，將其燒毀并且使電容器不能夠保持電荷的風(fēng)險。電化學(xué)雙層電容器(“EDLC”)是能夠比傳統(tǒng)的靜電電容器在每單位重量和每單位體積上存儲更多能量的功率存儲設(shè)備。而且，EDLC通常能夠以比常規(guī)的可再充電電池更高的功率額定傳輸所存儲的能量。常規(guī)的EDLC使用碳作為電極中的活性材料。常規(guī)的EDLC包括通過多孔隔板隔離而免于電接觸的兩個多孔電極。隔板和電極都使用電解質(zhì)溶液浸泡。這允許離子電流通過隔板在電極之間流動，但是防止了電流短路電池。電流收集柵格耦合到每一個電極的后面。EDLC在浸入在電解質(zhì)中的兩個電極之間存在電勢時形成的極化液體層中存儲靜電能量。在電極兩端施加電勢時，由于在所施加的電場下的電荷分離，并且還由于電解質(zhì)分子在電極的整個表面上的雙極取向和排列，通過電解質(zhì)離子的極化在電極-電解質(zhì)界面處形成正負(fù)電荷的雙層。在電荷存儲機(jī)制中不涉及還原-氧化反應(yīng)。非對稱電化學(xué)電容器使用電池電極用于電極之一。電池電極與碳電極相比較具有大的容量，使得其電壓不隨著電荷明顯改變。這允許更高的整體電池電壓。非對稱電容器材料的示例包括具有碳的PbO2和具有碳的NiOOH。基本和其它有利特征概況存在對于具有更大的功率存儲能力、降低的重量和/或改善的可循環(huán)性的電功率存儲設(shè)備的顯著需要。期望提供一種例如在本申請中公開的包括這些或者其它有利特征中的任意一個或者多個的電池、電容器、非對稱電容器等類型的功率存儲設(shè)備：1.用于功率存儲設(shè)備的電極在不降低結(jié)構(gòu)整體性的同時具有增加的磁導(dǎo)率；2.用于功率存儲設(shè)備的電極在不降低磁導(dǎo)率的同時具有增加的結(jié)構(gòu)整體性；3.在不降低功率能力的同時使用較少活性材料的功率存儲設(shè)備；4.包括作為電化學(xué)電池和電容器存儲能量的電極的功率存儲設(shè)備；5.比常規(guī)的功率存儲設(shè)備具有更高的功率尺寸比的功率存儲設(shè)備；
技術(shù)實現(xiàn)思路
示例性實施例涉及一種功率存儲設(shè)備，所述功率存儲設(shè)備包括至少一個正電極、至少一個負(fù)電極、以及將正電極與負(fù)電極分隔開的至少一個隔板，其中所述至少一個負(fù)電極或者至少一個正電極中的至少一個包括高比表面積的纖維。另一示例性實施例涉及一種電極，所述電極包括電荷收集器柵格、涂覆在所述電荷收集器柵格上的電極活性材料、以及高比表面積的纖維。另一示例性實施例涉及一種電極，所述電極包括電荷收集器，所述電荷收集器包括由高比表面積的纖維構(gòu)成的氈以及涂覆在所述氈上的電極活性材料。在下面根據(jù)本專利技術(shù)的各種設(shè)備、結(jié)構(gòu)和/或方法的各示例性實施例的詳細(xì)描述中描述了根據(jù)本專利技術(shù)的系統(tǒng)和方法的各實施例的這些和其它特征和優(yōu)點，并且通過所述詳細(xì)描述，所述特征和優(yōu)點將變得顯而易見。附圖說明將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本公開的系統(tǒng)和方法的各示例性實施例，在附圖中：圖1是根據(jù)示例性實施例包括電池模塊的車輛的透視圖；圖2是根據(jù)示例性實施例的電池模塊的截面分解圖；圖3是根據(jù)本專利技術(shù)的三葉型纖維的示例性實施例的截面圖；圖4是根據(jù)示例性實施例的四葉型纖維的截面圖；圖5是根據(jù)示例性實施例的圓形纖維的截面圖；圖6是根據(jù)示例性實施例加載有碳并且涂覆有電池電極活性材料的三葉型纖維的截面圖；圖7是根據(jù)第一示例性實施例具有一氈毛細(xì)纖維的電極的部分透視圖；圖8是根據(jù)第二示例性實施例加載有碳和電解質(zhì)并且涂覆在電池電極活性材料中的三葉型纖維的截面圖；圖9是根據(jù)示例性實施例具有涂覆在纖維的內(nèi)部上并且滲透電解質(zhì)的電極活性材料的纖維的截面圖；圖10是根據(jù)示例性實施例使用根據(jù)圖9的實施例的纖維的雙電化學(xué)電池和EDLC的正視圖；圖11A是根據(jù)示例性實施例的電池柵格的正視圖；圖11B是根據(jù)示例性實施例由高比表面積纖維覆蓋的圖11A的電池柵格的正視圖；圖11C是根據(jù)示例性實施例由電極活性材料覆蓋的圖11B的電池柵格的正視圖；圖12A是根據(jù)示例性實施例涂覆有電極活性材料的具有形狀的纖維的截面圖；圖12B是根據(jù)示例性實施例涂覆有可滲透絕緣本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種能量存儲設(shè)備，包括：至少一個正電極；至少一個負(fù)電極；以及由多個纖維組成的氈，其中所述纖維選自兩個組，第一組選自由三葉型截面的纖維、基本圓形截面的纖維和四葉型截面的纖維構(gòu)成的組；并且第二組選自由盤繞纖維、環(huán)路纖維、空氣卷繞纖維和前述纖維的組合構(gòu)成的組。

【技術(shù)特征摘要】
2008.11.18 US 61/115,815;2009.02.09 US 61/150,9871.一種能量存儲設(shè)備，包括：
至少一個正電極；
至少一個負(fù)電極；以及
由多個纖維組成的氈，其中所述纖維選自兩個組，第一組選自由三葉型截面的纖維、基
本圓形截面的纖維和四葉型截面的纖維構(gòu)成的組；并且第二組選自由盤繞纖維、環(huán)路纖維、
空氣卷繞纖維和前述纖維的組合構(gòu)成的組。
2.如權(quán)利要求1所述的能量存儲設(shè)備，其中所述氈還包括微纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的能量存儲設(shè)備，其中添加劑被設(shè)置在所述纖維上。
4.如權(quán)利要求1所述的能量存儲設(shè)備，其中所述氈是編織的。
5.如權(quán)利要求1所述的能量存儲設(shè)備，其中所述纖維還包括卷曲纖維。
6.一種電池，包括至少兩個板柵、活性材料和紗幕層，其中所述紗幕層包括設(shè)置在所述
活性材料和一個或多個板柵之間的纖維網(wǎng)眼，并且所述紗幕層至少部分地嵌入在活性材料
中。
7.如權(quán)利要求6所述的電池，其中所述紗幕層進(jìn)一步由纖維組成，所述纖維選自由三葉
型截面的纖...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：R·M·斯特金，D·A·韋策爾，R·G·格倫斯特恩，W·J·弗魯克，R·蘇巴拉曼，J·S·西曼斯基，E·邁斯納，
申請(專利權(quán))人：約翰遜控制技術(shù)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US