CN101635202A

CN101635202A - 储能装置

Info

Publication number: CN101635202A
Application number: CN200910164786A
Authority: CN
Inventors: 李河泳; 姜镇娥; 朴从硕; 金俊浩
Original assignee: LS Mtron Ltd
Current assignee: LS Materials Co Ltd
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-24
Also published as: KR101008795B1; KR20100011228A; CN101635202B

Abstract

本发明公开了一种储能装置，其中，包含水性溶剂、水性溶剂用粘接剂和含锂的过渡金属氧化物的电极材料用于形成一个电极，而包含活性炭的电极材料用于形成另一个电极。具体地说，本储能装置通过优化用于阴极电极和阳极电极的电极材料的密度值和厚度值来确保稳定性和最大电容效率。

Description

储能装置

技术领域

本发明涉及一种储能装置，更具体地说，涉及一种确保高能量密度和可靠性的储能装置。具体而言，本发明涉及通过优化用于电极的电极材料的密度值和厚度值而具有最大电容效率的储能装置。

背景技术

通常，用于存储电能的典型装置包括电池和电容器。

超级电容器(也称为超大电容器)是具有电解电容器与二次电池之间的中间特性的储能装置。因为超级电容器具有高效率和半永久性寿命的特性，所以它们被看成是能够与二次电池一起使用或者代替二次电池的下一代储能装置。

根据能量存储机制，超级电容器可以分成双电层电容器(EDLC：electric double layer capacitor)和赝电容器(pseudocapacitor)。

赝电容器利用了通过氧化还原反应电荷被存储在电极表面上或者电极内靠近电极表面处的现象，而EDLC利用了通过离子静电感应在电极和电解质之间的界面处形成双电层并且电荷被存储在该双电层中的现象。

EDLC使用表面面积大的材料(例如，活性炭)作为电极的活性材料，并且具有在电极材料和电解质之间的接触面处形成的双电层。即，通过静电效应在电极和液体电解质之间的界面处生成具有不同极性的电荷层。所生成的电荷分布称为双电层。因此，EDLC具有与存储电池相同的容量。

然而，EDLC具有与存储电池不同的充电/放电特性。具体地说，存储电池在充电/放电过程中表现出随时间变化的坪式(plateau)电压图形，而EDLC在充电/放电过程中表现出随时间变化的线性电压图形。因此，EDLC使得能够通过测量电压来容易地测量充电/放电能量的量。

同时，存储电池利用化学反应存储电荷，而EDLC利用物理存储器存储电荷，即，电荷存储于在电极与电解质之间的界面处形成的双电层中。因此，EDLC避免了由于重复使用造成的劣化，并提供了高可逆性和长循环寿命。因此，在需要苛刻的维护和长循环寿命的应用中，可以用EDLC替代存储电池。

如上所述，因为EDLC利用离子的吸附和解吸附将电荷存储于在电极和电解质之间的界面处形成的双电层中，所以它们具有快速充电/放电的特性，由此它们适于移动信息和通信设备(例如，移动电话、笔记本电脑或PDA)的辅助电源，此外还适用于需要高容量的电动车辆或街灯的主电源或辅助电源或者不间断电源(UPS)。具有各种用途的EDLC应当具有这样一种电极，其通过宽的比表面积而具有高能量、通过低的比电阻而具有高输出并且通过界面处电化学反应的抑制而具有电化学稳定性。

因此，具有宽的比表面积的活性炭粉或者活性炭纤维被广泛地用作电极的主要材料，并且针对低的比电阻，它可以与导电材料混合或者通过喷涂添加金属粉末。此外，已经通过各种方法研究了更稳定的电极材料以抑制电化学反应。

同时，能够提供高能量密度并且广泛地用于移动设备中的二次电池利用能够进行锂的电化学嵌-脱反应(intercalation-deintercalation)的金属氧化物作为阴极材料，而用石墨作为阳极材料。锂离子嵌入及脱离阴极和阳极的氧化还原过程是一种电化学慢反应，并且对阴极和阳极中包含的活性材料结构具有极大影响，导致寿命缩短。另外，公所周知，重复快速充电/放电导致寿命严重缩短。

美国专利No.6,252,762(此后称为文献1)公开了一种储能装置，其利用含锂的过渡金属氧化物作为一个电极的活性材料并且利用活性炭作为另一个电极的活性材料，以确保高能量密度、高输出和高可靠性。然而，文献1利用诸如NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮：1-Methyl-2-Pyrrolidinone)的有机溶剂来形成金属氧化物电极。但是，该有机溶剂产生污染物，导致环境问题。

并且，有报道称，跟文献1一样，利用含锂的过渡金属氧化物的储能装置由于在电极的形成或组装过程中渗透进去的湿气而在性能上有所降低。即，由电解质盐LiPF₆产生的阴离子PF₆ ^-与H₂O发生反应生成HF，如下述反应式1，这导致产品的劣化。

[反应式1]

LiPF₆+H₂O→LiF+POF3+2HF

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，因此，本发明提供了一种储能装置，其利用包含水性溶剂、粘接剂和锂的过渡金属氧化物作为一个电极的活性材料，并且利用活性炭作为另一个电极的活性材料。通常，与利用有机溶剂形成的传统电极相比，利用水性溶剂形成的电极中吸附到其表面上的剩余湿气量更大。为解决由该剩余湿气所导致的装置性能降低问题，本发明提出了电极材料的密度值和厚度值。

并且，本发明的另一目的是提供确保高能量密度、快速充电/放电特性和高寿命可靠性的储能装置。

此外，本发明的另一目的是提供能够使电极形成过程中发生的污染最小化的储能装置。

为实现上述目的，根据本发明一个方面的储能装置包括：阴极电极和阳极电极，该阴极电极和阳极电极各包括集流体和电极材料；阴极引线和阳极引线；隔离体，其设置在所述阴极电极和所述阳极电极之间，以使所述阴极电极与所述阳极电极相互电隔离；壳体，其用于容纳所述阴极电极、所述阳极电极和所述隔离体；电解质，其填充在所述壳体中；以及阴极端子和阳极端子，其分别连接到所述阴极引线和所述阳极引线，其中，所述阴极电极和所述阳极电极中任何一个的电极材料包括水性溶剂、水性溶剂用粘接剂和金属氧化物，而另一个电极的电极材料包括活性炭。

所述电极材料之间的密度相互关系满足下式，

[式1]

2≤D₁/D₂≤4

其中，D₁(g/cc)为包括水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极材料的密度，而D₂(g/cc)是包括活性炭的电极材料的密度。

所述电极之间的厚度相互关系满足下式，

[式2]

1.5≤T₂/T₁≤3

其中，T₁(μm)是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极的厚度，而T₂(μm)是包含活性炭的电极的厚度。

所述电极材料之间的密度-厚度相互关系满足下式，

[式3]

0.857≤{D₁*(T₁-a)}/{D₂*(T₂-a)}≤2.571

其中，D₁(g/cc)和T₁(μm)分别是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，而D₂(g/cc)和T₂(μm)分别是包含活性炭的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，并且a(μm)是集流体的厚度。

电解质包含作为阴离子的氟硼酸离子(BF₄ ^-)，和作为阳离子的锂离子和铵类离子。

金属氧化物是锂过渡金属氧化物，并且该过渡金属氧化物中的过渡金属是从由镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)、铁(Fe)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)和钒(V)构成的组中选出的任意之一。

水性溶剂用粘接剂是从由羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose)、海藻酸(alginic acid)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、丁苯(styrene butadiene)橡胶分散体和碳氟化合物分散体构成的组中选出的任意之一。

优选地，包含所述水性溶剂、所述水性溶剂用粘接剂和所述金属氧化物的电极材料用于形成阴极电极，而包含所述活性炭的电极材料用于形成阳极电极。

附图说明

参考附图根据实施方式的以下描述，本发明的其他目的和方面将变得清楚。

图1是根据本发明的储能装置的正视图；

图2是根据本发明的储能装置中电极和引线的连接的示意图；

图3是根据本发明的储能装置中电极、引线和隔离体的结构的截面图；以及

图4是根据本发明的储能装置中阴极/阳极和隔离体的卷起状态的透视图。

具体实施方式

下面将参照附图来详细地描述本发明的优先实施方式。

在进行描述之前，应当理解，本说明书及所附权利要求书中使用的术语不应当解释为限于一般词典上的意义，而是要在允许发明人为最好地进行解释而适当限定术语的基础上基于对应于本发明的技术方面的意义和概念来进行解释。

因此，这里提出的描述仅是出于解释目的的优选示例，并不是要限制本发明的范围，因此应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以对其作出其他等同物或者修改。

图1是根据本发明的储能装置的正视图。图2是根据本发明的储能装置中电极和引线的连接的示意图。并且，图3是根据本发明的储能装置中电极、引线和隔离体的结构的截面图。

参照图1到图3，根据本发明的储能装置100包括：阴极电极10和阳极电极20；阴极引线6和阳极引线16；隔离体30，其设置在阴极电极10和阳极电极20之间，以使阴极电极10与阳极电极20电隔离；壳体40，其用于容纳阴极电极10和阳极电极20；电解质，其填充在壳体40中并含有氟硼酸离子(BF₄ ^-)；以及阴极端子66和阳极端子76，其分别连接到阴极引线6和阳极引线16。

阴极电极10和阳极电极20分别包括集流体2和12以及电极材料4和14。并且，阴极电极10和阳极电极20在其一侧分别连接到引线6和16。阴极电极10的电极材料4是在其通过氧化/还原反应嵌/脱锂离子的材料，而阳极电极20的电极材料14是在其利用静电效应通过双电层来存储电能的材料。集流体2和12用作电荷的流动通道。

通常，集流体2和12以箔的类型形成。电极材料4和14中的任何一个包括水性溶剂用粘接剂(binder for aqueous solvent)和金属氧化物，而另一个包括活性炭。

具体地说，根据本发明的实施方式，优选的是阴极电极10的电极材料4包含粘接剂、金属氧化物和水性溶剂，而阳极电极20的电极材料14包含活性炭。

水性溶剂用于将电极材料涂抹/涂敷到集流体2的相对表面上。优选地，水性溶剂是比电阻范围为1mΩ/cm到20mΩ/cm的不含有机物或者无机物或者微生物的水。使用纯水作为水性溶剂能够使有机物或者无机物或者微生物对电解质离子嵌入电极材料/脱离电极材料的影响最小化。

并且，羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose)、海藻酸(alginic acid)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、丁苯(styrene butadiene)橡胶分散体或者碳氟化合物分散体用作粘接剂。

而且，阴极电极10的电极材料4中的金属氧化物主要包括锂过渡金属氧化物，例如，LiCoO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄或者LiNiO₂。过渡金属氧化物中的过渡金属可以包括镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)、铁(Fe)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)和钒(V)等。

根据本发明实施方式的阳极电极20的电极材料14包含活性炭，并且由于活性炭的微孔而具有大的比表面积。因此，包含活性炭的电极材料14被用作阳极电极的活性材料，并且其表面与电解质接触。

而且，在根据本发明的储能装置100中使用的电极材料4和14之间的密度相互关系满足下式1。

[式1]

2≤D₁/D₂≤4

其中，D₁(g/cc)为包含粘接剂和金属氧化物的电极材料的密度，而D₂(g/cc)是包含活性炭的电极材料的密度。这时，电极材料的密度被定义为其单位体积的质量。

如果D₁/D₂的值小于2，则储能装置100的电容(F)迅速减小。如果D₁/D₂的值大于4，则使用的电极材料的单位体积的质量增大，因此生产成本增加并且电阻值(mΩ)增加，从而不能获得高效率。

而且，在根据本发明的储能装置100中，阴极电极10和阳极电极20之间的厚度相互关系满足下式2。

[式2]

1.5≤T₂/T₁≤3

如果T₂/T₁的值小于1.5或者大于3，则储能装置100就电容(F)而言具有低的效率。

而且，在根据本发明的储能装置100中，电极材料4和14的密度以及阴极电极10和阳极电极20的厚度之间的相互关系满足下式3。

[式3]

0.857≤{D₁*(T₁-a)}/{D₂*(T₂-a)}≤2.571

如果{D₁*(T₁-a)}/{D₂*(T₂-a)}的值小于0.857，则储能装置100就电容(F)和电阻(mΩ)而言具有低的效率。如果{D₁*(T₁-a)}/{D₂*(T₂-a)}的值大于2.571，则储能装置100具有令人满意的电容(F)，但电阻(mΩ)增大。

隔离体30设置在阴极电极10和阳极电极20之间，以限制阴极电极10与阳极电极20之间的电子传导。并且，电解质40填充在壳体40中。电解质包含作为阴离子的氟硼酸离子(BF₄ ^-)和作为阳离子的锂离子和铵类离子。铵类离子包含诸如四乙铵(tetraethylammonium)、四氟硼酸盐(tetrafluoroborate)或者三乙基甲基铵(triethymethylammonium)的铵盐或者四氟硼酸盐(tetrafluoroborate)。

具体地说，本发明使用氟硼酸离子(BF₄ ^-)作为阴离子来减小锂离子和水之间的相互作用，并提高低温下的充电/放电特性。

参照图4，图3中示出的阴极电极10、阳极电极20及隔离体30的叠层被卷起，然后容纳在壳体40中。壳体40填充有电解质。并且，分别连接到阴极引线6和阳极引线16的阴极端子66和阳极端子76安装壳体40中。阴极端子66和阳极端子76由包含铝、钢和不锈钢的组中选出的任意之一制成。阴极端子66和阳极端子76在表面上涂敷有镍或锡，以确保通过焊接等的粘合程度。

并且，壳体40可以由诸如铝或者其合金的金属或者合成树脂制成。优选地，壳体40可以包括上壳体和下壳体。

尽管图1示出了圆柱状的壳体40，但本发明并不限于此。例如，壳体40可以具有六面体状。

优选地，阴极端子66和阳极端子76在垂直方向上彼此面对。当阴极端子66和阳极端子76在垂直方向上彼此面对时，即使沿任何方向施加外力的弯矩，也可以提供大概相等的支持。

根据本发明的隔离体30可以通过熔喷工艺用纸浆基或聚合物基纤维形成。该纸浆是通过机械化学法从木材或植物纤维源获取的一系列纤维素纤维。聚合物基合成树脂可以包含聚乙烯、聚丙烯等。并且，隔离体30可以通过使诸如聚乙烯等的合成树脂制成膜的形式并在膜中形成微孔来形成。

<示例及对照例>

对根据本发明的示例及对照例制造的储能装置进行了实验。

示例1

以重量比为大约80∶15∶5混合LiMn₂O₄、导电材料和粘接剂来制备阴极电极的浆体。以重量比为大约80∶15∶5混合活性炭、导电材料和粘接剂来制备阳极电极的浆体。各浆体被涂敷在铝集流体上以形成阴极电极和阳极电极。此时，超细炭粉(super P)用作导电材料，而PTFE、CMC和SBR的混合物用作粘接剂。涂敷有浆体的集流体通过对其施加压力而被压缩，并在大约120℃的真空炉中干燥大约48小时。

利用一对电极、隔离体和电解质来制造电容器单元。此时，隔离体为多孔纤维素基隔离体，而电容器单元为圆柱状。溶解在乙腈(acetonitrile)溶剂中的Et₄NBF₄和LiBF₄用作电解质。电容器单元在2.5V到1.0V的工作电压范围内充电/放电。利用10mA/cm²的电流密度测量电容，而在1kHz的OCV条件下测量电阻。

对照例1

除PVdF用作阴极电极的粘接剂和NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)用作有机溶剂外，电容器单元以与示例1相同的方式制造。

<电容保持率(capacitance retention)实验>

根据IEC 62391-1标准对示例1和对照例1的电容器单元执行充电/放电测试10,000次循环，并测量电容保持率。测量结果在表1中示出。

在常温下测量初始电容(Ci)，并且在以8A的电流充电/放电10,000次循环后，针对示例1和对照例1的各电容器单元测量循环电容(Ct)。

利用测得的电容值计算电容保持率。电容保持率(％)＝[(Ci-Ct)/Ci]×100

表1

类别	示例1	对照例1
类别	示例1	对照例1	电容(F)	204	208
电阻(mΩ)	9.25	11	电容(F)	204	208
电阻(mΩ)	9.25	11	电容保持率(％)	90	87

从表1可以看出，示例1和对照例1的电容器单元在进行了10,000次循环充电/放电后分别具有90％和87％的电容保持率。可以发现对阴极电极使用水性溶剂不会影响循环电容，也不产生污染物，并且提供了足够的耐久性。

示例2

以重量比为大约80∶15∶5混合LiMn₂O₄、导电材料和粘接剂来制备阴极电极的浆体。以重量比为大约80∶15∶5混合活性炭、导电材料和粘接剂来制备阳极电极的浆体。各浆体被涂敷在铝集流体上以形成阴极电极和阳极电极。此时，超细炭粉用作导电材料，而PTFE、CMC和SBR的混合物用作粘接剂。涂敷有浆体的集流体通过在其上施加压力而被压缩，并在大约120℃的真空炉中干燥大约48小时。

利用一对电极、隔离体和电解质来制造电容器单元。此时，隔离体为多孔纤维素基隔离体，而电容器单元具有圆柱状。溶解在乙腈溶剂中的LiBF₄用作电解质。电容器单元在2.5V到1.0V的工作电压范围内被充电/放电。利用10mA/cm²的电流密度测量电容，而在1kHz的OCV条件下测量电阻。

对照例2

除LiPF₆用作电解质的电解质盐外，电容器单元以与示例2相同的方式制造。

<高温下的电容保持率实验>

根据IEC 62391-1标准将示例2和对照例2的电容器单元在高温下储存500小时之后，测量它们在高温下的电容保持率。测量结果在表2中示出。

具体地，在常温下测量初始电容(Ci)。在60℃下对示例2和对照例2的电容器单元施加2.5V的电压500小时并在常温下放置12小时之后，测量循环电容(Ct)。

利用测得的电容值计算高温下的电容保持率。高温下的电容保持率(％)＝[(Ci-Ct)/Ci]×100

<低温下的电容保持率实验>

根据IEC 62391-1标准测量示例2和对照例2的电容器单元在低温下的电容保持率。测量结果在表2中示出。

具体地，在常温下测量初始电容(Ci)。在-25℃下将示例2和对照例2的电容器单元放置3小时之后，测量循环电容(Ct)。

利用测得的电容值计算低温下的电容保持率。低温下的电容保持率(％)＝[(Ci-Ct)/Ci]×100

<与水的反应性实验>

示例2和对照例2的电容器单元具有相同摩尔数的电解质和相同ppm的水。测量电容器单元的漏电流。

表2

类别	示例2	对照例2
类别	示例2	对照例2	高温下的电容保持率(％)	81	76
低温下的电容保持率(％)	85	10	高温下的电容保持率(％)	81	76
低温下的电容保持率(％)	85	10	漏电流(mA)	0.123	0.293

从表2可以看出，示例2和对照例2的电容器单元在高温下分别具有81％和76％的电容保持率，而在低温下分别具有85％和10％的电容保持率。即，与利用LiPF₆作为电解质盐的对照例2的电容器单元相比，利用LiBF₄作为电解质盐的示例2的电容器单元具有更好的高温电容保持率和低温电容保持率。

并且，通过与水的反应性实验可以发现，对照例2的漏电流比示例2的漏电流相对较大。即，与LiPF₆相比，LiBF₄与水具有更小的反应性。

示例3

在碳酸丙二酯(PC：propylene carbonate)和碳酸乙二酯(EC：ethylenecarbonate)的混合溶剂中溶解1M LiBF₄和1M TEATFB(四乙基四氟硼酸铵(tetraethylammonium tetrafluoroborate))作为电解质盐来制备电解质。通过Orion电导率计(Orion Conductivity Meter)来测量电解质的电导率。

示例3-1

除将乙腈用作电解质的溶剂外，以与示例3相同的方式制备电解质。通过Orion电导率计(Orion Conductivity Meter)来测量电解质的电导率。

对照例3

除了将1M LiPF₆用作电解质盐外，以与示例3相同的方式制备电解质。通过Orion电导率计来测量电解质的电导率。

对照例3-1

除了将1M LiBF₄用作电解质盐外，以与示例3相同的方式制备电解质。通过Orion电导率计来测量电解质的电导率。

对照例3-2

除了将1M LiBF₄用作电解质盐外，以与示例3-1相同的方式制备电解质。通过Orion电导率计来测量电解质的电导率。

<电导率实验>

在常温下，针对利用根据示例3和3-1和对照例3、3-1和3-2的电解质制造的各电容器单元测量电导率。测量结果在表3中示出。

表3

	示例3	示例3-1	对照例3	对照例3-1	对照例3-2
	示例3	示例3-1	对照例3	对照例3-1	对照例3-2	电导率(ms/cm)	7.05	40.7	6.56	4.25	19.15

从表3可以看出，利用了EC和PC的混合溶剂的示例3比利用与示例3相同溶剂的对照例3和3-1具有更高的电导率。并且，利用乙腈作为电解质的溶剂的示例3-1比利用与示例3-1相同溶剂的对照例3-2具有更高的电导率。

因此，可以发现，包含作为支持电解质的1M LiBF₄和1M TEATFB的电解质在电导率上具有显著的改善。

示例4

除电极材料的密度(D₁，D₂)和阴极电极与阳极电极的厚度(T₁，T₂)符合表4-1外，以与示例1相同的方式制造电容器单元。

示例4-1到4-4

除电极材料的密度(D₁，D₂)和阴极电极与阳极电极的厚度(T₁，T₂)符合表4-1外，以与示例4相同的方式制造电容器单元。

对照例4和4-1

表4-1

	示例4	示例4-1	示例4-2	示例4-3	示例4-4	对照例4	对照例4-1
	示例4	示例4-1	示例4-2	示例4-3	示例4-4	对照例4	对照例4-1	D₁(g/cc)	1.2	1.8	2.4	2.4	2.4	0.6	2.6
D₂(g/cc)	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	D₁(g/cc)	1.2	1.8	2.4	2.4	2.4	0.6	2.6
D₂(g/cc)	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	D₁/D₂	2.0	3.0	4.0	4.0	4.0	1.0	4.3
T₁(μm)	80	80	80	90	110	80	120	D₁/D₂	2.0	3.0	4.0	4.0	4.0	1.0	4.3
T₁(μm)	80	80	80	90	110	80	120	T₂(μm)	160	160	160	160	160	160	160
T₂/T₁	2.0	2.0	2.0	1.8	1.5	2.0	1.3	T₂(μm)	160	160	160	160	160	160	160
T₂/T₁	2.0	2.0	2.0	1.8	1.5	2.0	1.3	a(μm)	20	20	20	20	20	20	20
{D₁(T₁-a)}/{D₂(T₂-a)}	0.857	1.286	1.714	2.000	2.571	0.429	3.095	a(μm)	20	20	20	20	20	20	20

这里，D₁(g/cc)和T₁(μm)分别是包含粘接剂和金属氧化物的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，而D₂(g/cc)和T₂(μm)分别是包含活性炭的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，并且a(μm)是集流体的厚度。

针对示例4到4-4以及对照例4和4-1的各电容器单元测量电容(F)和电阻(mΩ)。测量结果在表4-2中示出。

表4-2

	示例4	示例4-1	示例4-2	示例4-3	示例4-4	对照例4	对照例4-1
	示例4	示例4-1	示例4-2	示例4-3	示例4-4	对照例4	对照例4-1	电阻(mΩ)	7	7.2	7.1	7.3	7.2	7.9	8
电容(F)	136	142	149	150	149	77	145	电阻(mΩ)	7	7.2	7.1	7.3	7.2	7.9	8

从表4-2中可以看出，示例4到4-4的电容器单元具有从136F到150F的稳定电容范围和7mΩ到7.3mΩ的稳定电阻范围。然而，对照例4和4-1的电容器单元的电容迅速减小或者电阻迅速增加。

因此，为了储能装置有效而稳定的工作，D₁/D₂的值优选为2到4。

示例5

除电极材料的密度(D₁，D₂)和阴极电极与阳极电极的厚度(T₁，T₂)符合表5-1外，以与示例1相同的方式制造电容器单元。

示例5-1和5-2

除电极材料的密度(D₁，D₂)和阴极电极与阳极电极的厚度(T₁，T₂)符合表5-1外，以与示例5相同的方式制造电容器单元。

对照例5和5-1

表5-1

	示例5	示例5-1	示例5-2	对照例5	对照例5-1
	示例5	示例5-1	示例5-2	对照例5	对照例5-1	D₁(g/cc)	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
D₂(g/cc)	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	D₁(g/cc)	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
D₂(g/cc)	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	D₁/D₂	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0
T₁(μm)	76	103	123	58	164	D₁/D₂	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0
T₁(μm)	76	103	123	58	164	T₂(μm)	190	190	190	190	190
T₂/T₁	2.5	1.8	1.5	3.3	1.2	T₂(μm)	190	190	190	190	190
T₂/T₁	2.5	1.8	1.5	3.3	1.2	a(μm)	20	20	20	20	20
{D₁(T₁-a)}/{D₂(T₂-a)}	0.988	1.465	1.818	0.671	2.541	a(μm)	20	20	20	20	20

针对示例5到5-2和对照例5和5-1的各电容器单元测量电容(F)。测量结果在表5-2中示出。

表5-2

	示例5	示例5-1	示例5-2	对照例5	对照例5-1
	示例5	示例5-1	示例5-2	对照例5	对照例5-1	电容(F)	145.72	138.05	130.25	121.62	111.51

从表5-2中可以看出，示例5到5-2的电容器单元具有从大约130F到大约145F的稳定电容范围。然而，对照例5和5-1的电容器单元的电容有所减小。因此，为了储能装置有效而稳定的工作，T₂/T₁的值优选为1.5到3。

因此，通过示例4和5发现，电极材料的密度(D₁，D₂)和阴极电极与阳极电极的厚度(T₁，T₂)之间的最优相互关系满足0.857≤{D₁*(T₁-a)}/{D₂*(T₂-a)}≤2.571。

工业适用性

因此，本发明提供了确保最大电容效率、高能量密度、快速充电/放电特性和高寿命可靠性的储能装置。

并且，本发明使在电极形成过程中可能发生的污染最小化。

已经详细描述了本发明。然而，应当理解，仅通过说明性方式给出了同时表明本发明的优选实施方式的详细描述和具体示例，因为根据该详细描述对于本领域的技术人员来说，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改变得明显。

Claims

1.一种储能装置，该储能装置包括：

阴极电极和阳极电极，该阴极电极和阳极电极各包括集流体和电极材料；

阴极引线和阳极引线；

隔离体，其设置在所述阴极电极和所述阳极电极之间，以使所述阴极电极与所述阳极电极相互电隔离；

壳体，其用于容纳所述阴极电极、所述阳极电极和所述隔离体；

电解质，其填充在所述壳体中；以及

阴极端子和阳极端子，其分别连接到所述阴极引线和所述阳极引线，

其中，所述阴极电极和所述阳极电极中任意一个的电极材料包含水性溶剂、水性溶剂用粘接剂和金属氧化物，而另一个电极的电极材料包含活性炭。

2.根据权利要求1所述的储能装置，

其中，所述电极材料之间的密度相互关系满足下式，

[式]

2≤D₁/D₂≤4

其中，D₁是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极材料的密度，而D₂是包含活性炭的电极材料的密度。

3.根据权利要求2所述的储能装置，

其中，所述电极之间的厚度相互关系满足下式，

[式]

1.5≤T₂/T₁≤3

其中，T₁是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极的厚度，而T₂是包含活性炭的电极的厚度。

4.根据权利要求3所述的储能装置，

其中，所述电极材料之间的密度-厚度相互关系满足下式，

[式]

0.857≤{D₁*(T₁-a)}/{D₂*(T₂-a)}≤2.571

其中，D₁和T₁分别是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，而D₂和T₂分别是包含活性炭的电极材料的密度和使用该电极材料的电极的厚度，并且a是所述集流体的厚度。

5.根据权利要求1所述的储能装置，

其中，所述电解质包含BF₄ ^-。

6.根据权利要求5所述的储能装置，

其中，所述金属氧化物是锂过渡金属氧化物。

7.根据权利要求6所述的储能装置，

其中，所述电解质包含锂离子和铵类离子，作为阳离子。

8.根据权利要求7所述的储能装置，

其中，所述电极材料之间的密度相互关系满足下式，

[式]

2≤D₁/D₂≤4

其中，D₁是包含水性溶剂用粘接剂和金属氧化物的电极材料的密度，而D₂(g/cc)是包含活性炭的电极材料的密度。

9.根据权利要求8所述的储能装置，

其中，所述电极之间的厚度相互关系满足下式，

1.5≤T₂/T₁≤3

10.根据权利要求9所述的储能装置，

其中，所述电极材料之间的密度-厚度相互关系满足下式，

[式]

0.857≤{D₁*(T₁-a)}/{D₂*(T₂-a)}≤2.571

11.根据权利要求10所述的储能装置，

其中，所述过渡金属氧化物中的过渡金属是从镍Ni、锰Mn、钴Co、铁Fe、钼Mo、铬Cr、钛Ti和钒V构成的组中选出的任意之一。

12.根据权利要求11所述的储能装置，

其中，水性溶剂用粘接剂是从由羧甲基纤维素、海藻酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、丁苯橡胶分散体和碳氟化合物分散体构成的组中选出的任意之一。

13.根据权利要求1所述的储能装置，

其中，包含所述水性溶剂、所述水性溶剂用粘接剂和所述金属氧化物的电极材料用于形成阴极电极，而包含所述活性炭的电极材料用于形成阳极电极。