CN107591249B - 一种电化学能量存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电化学能量存储装置，包括依次分布的阳极导电板、负载在阳极导电板上的阳极、多孔隔膜、负载在阴极导电板上的阴极以及阴极导电板，阳极和阴极之间填充电解质，阳极包括第一导电含碳材料和锂金属材料，其中第一导电含碳材料和锂金属材料的质量比为(3～30)：1，阴极包括第二导电含碳材料和含锂化合物材料，其中第二导电含碳材料和含锂化合物材料的质量比为(0.05～5)：1，且所述锂金属材料与第二导电含碳材料之间的质量比为(0.001～0.1)：1，第二导电含碳材料的孔隙率大于第一导电含碳材料的孔隙率。与现有技术相比，本发明在低功率需求下，具有比超级电容器更高的能量密度；在高功率需求下，具有比锂离子电池更高的功率密度。

Description

一种电化学能量存储装置

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，具体涉及一种电化学能量存储装置。

背景技术

汽车工业对世界经济和人类社会做出了显着的贡献，汽车被视为是现代社会自由和解放的象征。然而随着汽车行业的不断拓展，需要消耗大量的化石燃料，并且对环境产生了很大影响。据统计世界范围内超过50％的石油用于运输，一半以上的污染物来自车辆尾气。如何解决汽车行业蓬勃发展带来的能源和环境问题，电动汽车是非常有效的解决方案，并且近年来许多不同的电动汽车已经引入市场。

众所周知，电动汽车比传统的汽车具有许多优点，例如操作简便，污染气体零排放和安静的驾驶体验。

然而，即使是最先进的电动汽车也面临着三个主要问题：有限的行程里程，较慢的起动速度和昂贵的价格。这些问题与车辆的动力电源相关。最广泛使用的动力电源包括锂离子电池，燃料电池和电化学电容器。锂离子电池通过电化学反应存储能量，电化学电容器是通过在电解液和电子导体之间的界面处形成双电层来储存电能。

每个能量存储系统都有自己的优点和缺点。由于电化学电容器和锂离子电池它们分别可以提供高功率密度或高能量密度，因此被认为是最具潜力的能量存储系统。锂离子电池在放电过程中锂离子从负极脱嵌迁移到正极，并且该过程可以提供高化学能为120-250Wh/kg。然而，由于锂离子移动和嵌入脱嵌的速度低，因而功率密度相当低，仅为200W/kg左右。在电化学电容器中，能量的主要来源是电解质在电极上的吸附/解吸过程，该过程与锂离子电池的化学反应过程相比极快。因此，电化学电容器功率密度可以达到2-10kW/kg甚至更高。但由于离子吸附/脱附仅发生在电极活性物质表现，因此器件整体能量密度较低，仅为5～8Wh/kg。

为了解决这些问题，研究人员提出了不同的解决方案。最广泛使用的解决方法是开发由电化学电容器电极和电池电极组成的混合系统。在该结构中，正极通过阴离子的可逆非法拉第反应存储电荷，同时负极利用可逆的法拉第反应实现锂离子嵌入/脱嵌。与传统电化学电容器相比，混合超级电容器显示出更高的能量密度。Telcordia已经开发出了一种名为非水性不对称混合电化学超级电容器的新装置，其中Li₄Ti₅O₁₂作为负极材料，活性炭作为正极材料。然而，这些装置的能量密度太低，不能作为电动汽车的能量存储系统。

先前已有文献公开了可以通过在表面上添加稳定锂金属材料粉末(SLMP)层的硬碳(HC)负极代替常规活性炭负极的锂离子电容器[W.J.Cao and J.P.Zheng,J.PowerSources,213,180(2012).]。添加的锂粉层可以增加电容器的开路电压，并确保在充电时电解液中更少的离子被消耗。该锂离子电容器能够存储比常规电化学电容器多大约5倍的能量(<25Wh/Kg)，并且具有高功率密度。尽管如此，但能量密度仍然没有达到实际应用的需要，由储能机理分析可知，基于活性炭和预嵌锂的电池性负极很难进一步提高锂离子电容器的能量密度，因此，需要在电源器件的结构设计等方面做更多的工作。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种同时具有高功率密度和高能量密度的电化学能量存储装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电化学能量存储装置，该装置包括依次分布的阳极导电板、负载在阳极导电板上的阳极、多孔隔膜、负载在阴极导电板上的阴极以及阴极导电板，所述阳极和阴极之间填充电解质，所述阳极包括第一导电含碳材料和锂金属材料，其中第一导电含碳材料和锂金属材料的质量比为(3～30)：1，所述阴极包括第二导电含碳材料和含锂化合物材料，其中第二导电含碳材料和含锂化合物材料的质量比为(0.05～5)：1，且所述锂金属材料与第二导电含碳材料之间的质量比为(0.001～0.1)：1，所述第二导电含碳材料的孔隙率大于第一导电含碳材料的孔隙率。

优选的，阳极中第一导电含碳材料和锂金属材料的质量比为(8～20)：1；

优选的，阴极中第二导电含碳材料和含锂化合物材料的质量比(0.2～3)：1，更优选的，阴极中第二导电含碳材料和含锂化合物材料的质量比(0.5～2)：1；

优选的，锂金属材料与第二导电含碳材料之间的质量比为(0.003～0.05)：1；更优选的，锂金属材料与第二导电含碳材料之间的质量比为(0.006～0.017)：1。

本发明装置的结构阳极是含有第一导电含碳材料和锂金属材料材料，可以维持较低的工作电势并且提供电解质离子的平衡，从而提供更高的能量密度。阴极是含锂化合物材料和第二导电含碳材料的组合，正负极间有多孔隔膜避免阴阳极直接接触，电解液充分填充正负极材料的孔结构。这种新型锂离子电容器能实现能量密度与功率密度的平衡，并且生产制备工艺简单，性能具有可控性。由于采用这种独特的结构，使得在低功率输出时，该器件将反映锂离子电池的特性并提供高能量密度。在高功率输出时，该器件将表现出超级电容器的特征并提供高功率密度。因此，这种混合型锂离子电容器可以实现同时实现高功率密度和高能量密度。

所述的第一导电含碳材料和第二导电含碳材料包括碳与硅、钛酸锂或锡中的至少一种组成的混合物。

所述的第一导电含碳材料选自硬碳、软碳、石墨碳、炭黑和碳微球、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种混合，或者，所述第一导电含碳材料选自碳混合物或碳复合物，如碳、硅混合物，碳硅复合物等。

所述第二导电含碳材料中采用的碳包括活性炭、碳微球、炭黑、碳纳米管、活性碳纳米管和活性碳纳米纤维组成的组中的一种或几种的混合，所述第二导电含碳材料的电导率大于1S/cm，第二导电含碳材料的比表面积大于500m²/g，第二导电含碳材料的比电容大于50F/g，第二导电含碳材料的孔隙率大于50％。

所述含锂化合物材料选自含锂氧化物或锂盐，具体如LiCoO₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiMn₂O₄、LiV₃O₈、LiNi1_/3Mn_1/3Co_1/3O₂、LiMn_xCo_yNi_zO₂、LiFePO₄、xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂、LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂、LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂、Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂或Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13C_o0.13]O₂中的一种或几种的混合。

或者，所述第二导电含碳材料和含锂化合物材料叠放在阴极导电板和多孔隔膜之间，且阴极导电板、第二导电含碳材料、含锂化合物材料和多孔隔膜依次放置；

或者，所述第二导电含碳材料和含锂化合物材料叠放在阴极导电板和多孔隔膜之间，且阴极导电板、含锂化合物材料、第二导电含碳材料和多孔隔膜依次放置。

所述阳极中，所述锂金属材料均匀混合在第一导电含碳材料内部；

或者，所述第一导电含碳材料和锂金属材料并列放置在阳极导电板和多孔隔膜之间；

或者，所述第一导电含碳材料和锂金属材料叠放在阳极导电板和多孔隔膜之间，且阳极导电板、第一导电含碳材料、锂金属材料和多孔隔膜依次放置；

或者，所述第一导电含碳材料和锂金属材料叠放在阳极导电板和多孔隔膜之间，且阳极导电板、锂金属材料、第一导电含碳材料和多孔隔膜依次放置。

所述阳极导电板和阴极导电板的材料选自铜箔或铝箔。

所述电解质为锂盐溶液，优选LiPF₆为电解质，以碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液为溶剂的电解液，所述碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液的体积比为1:1:1。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)本发明的电化学储能器件，具有锂离子电池和超级电容器的特性，在小电流输出、低功率的工况下，该器件具有类似于锂离子电池的属性，具有较高能量密度；在大电流输出、高功率的工况下，该器件具有类似于超级电容器的特性，具有高功率密度；

(2)本发明的电容器具有比超级电容器更高的能量密度，并且具有比锂离子电池电极更高的功率密度，结合了锂离子电池的高能量密度和超级电容器的高功率密度的优点，可以满足高能量密度的需求和能量存储系统的高功率密度的需求。

附图说明

图1为本发明实施例1中的结构示意图；

图2为本发明实施例2中的结构示意图；

图3为本发明实施例3中的结构示意图；

图4为本发明实施例4中的结构示意图；

图5为本发明实施例5中的结构示意图；

图6为本发明实施例6中多层电池电化学储能装置的示意图；

图7为本发明实施例7以及对比例1、2在0.5mA下的充放电曲线；

图8为本发明实施例7以及对比例1、2在0.5mA下的充放电曲线；

图9为本发明实施例7以及对比例1、2能量密度与功率密度关系曲线；

图10为本发明实施例8、9、10、11、12放电容量与循环次数关系曲线；

图11为本发明实施例13容量保有率与循环次数关系曲线；

图12为本发明实施例14放电容量与循环次数关系曲线。

其中，1为阳极导电板，2为阳极，21为混合层，22为第一导电含碳材料，23为锂金属材料，3为多孔隔膜，4为阴极，41为第一导电含碳材料，42为含锂化合物材料，5为阴极导电板，6为电解质。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种电化学能量存储装置，其结构如图1所示，该装置包括依次分布的阳极导电板1、负载在阳极导电板上1的阳极2、多孔隔膜3、负载在阴极导电板5上的阴极4以及阴极导电板5，阳极2和阴极4之间填充电解质，阳极2包括第一导电含碳材料和锂金属材料，其中，锂金属材料23均匀混合在第一导电含碳材料22内部形成混合层21，阴极4包括第二导电含碳材料和含锂化合物材料，两者均匀混合。

实施例2

一种电化学能量存储装置，其结构如图2所示，该装置包括依次分布的阳极导电板1、负载在阳极导电板上1的阳极2、多孔隔膜3、负载在阴极导电板5上的阴极4以及阴极导电板5，阳极2和阴极4之间填充电解质，阳极2包括第一导电含碳材料和锂金属材料，在阳极2中，多孔隔膜3、锂金属材料23、第一导电含碳材料22、阳极导电板1依次放置，阴极4包括第二导电含碳材料和含锂化合物材料，两者均匀混合。

实施例3

一种电化学能量存储装置，其结构如图3所示，该装置包括依次分布的阳极导电板1、负载在阳极导电板上1的阳极2、多孔隔膜3、负载在阴极导电板5上的阴极4以及阴极导电板5，阳极2和阴极4之间填充电解质，阳极2包括第一导电含碳材料和锂金属材料，在阳极2中，多孔隔膜3、第一导电含碳材料22、锂金属材料23、阳极导电板1依次放置，阴极包括第二导电含碳材料和含锂化合物材料，两者均匀混合。

实施例4

一种电化学能量存储装置，其结构如图5所示，该装置包括依次分布的阳极导电板1、负载在阳极导电板上1的阳极2、多孔隔膜3、负载在阴极导电板5上的阴极4以及阴极导电板5，阳极2和阴极4之间填充电解质，阳极2包括第一导电含碳材料和锂金属材料，在阳极2中，多孔隔膜3、锂金属材料23、第一导电含碳材料22、阳极导电板1依次放置，阴极4包括第二导电含碳材料41和含锂化合物材料42，且第二导电含碳材料41和含锂化合物材料42叠放在阴极导电板和多孔隔膜之间，且阴极导电板5、含锂化合物材料42、第二导电含碳材料41和多孔隔膜3依次放置。

实施例5

一种电化学能量存储装置，其结构如图6所示，该装置包括依次分布的阳极导电板1、负载在阳极导电板上1的阳极2、多孔隔膜3、负载在阴极导电板5上的阴极4以及阴极导电板5，阳极2和阴极4之间填充电解质，阳极2包括第一导电含碳材料和锂金属材料，在阳极2中，多孔隔膜3、锂金属材料23、第一导电含碳材料22、阳极导电板1依次放置，阴极4包括第二导电含碳材料41和含锂化合物材料42，且第二导电含碳材料41和含锂化合物材料42并列放置在阴极导电板5和多孔隔膜3之间。

实施例6

本实施例为多层结构的新型电化学能量存储装置，其结构如图6所示，该装置由多个单电池组成，包括设置在最外两侧的阳极导电板上1和阴极导电板5，两者之间交替设置阴极4和阳极2，并在阴极4和阳极2之间设置多孔隔板，并填充电解质6。

实施例7

本实施例正极选用电容性活性炭材料与电池性钴酸锂材料，集流体选用铝箔；负极选用硬碳材料，集流体选用铜箔；预嵌锂材料选用超稳态金属锂粉，粉末的尺寸约为10-200nm。隔膜选用玻璃纤维(WhatmanFilters GF/C)，电解液选用1mol/L的LiPF₆以碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯/碳酸二甲酯(体积比为1：1：1)为溶剂。

活性炭正极的制备：将活性物质AC和溶解在NMP中的粘结剂PTFE按照质量比9:1混合，得到物料。物料在球磨机中使材料与粘结剂充分接触混合均匀。将获得的均匀物料涂覆在铝集流体上，通过热压滚轴获得目标厚度的电极片。将电极片放入流通空气中加热干燥4小时，除去溶剂和部分水分，利用切片机获得目标直径的电极片，将电极片进行真空加热，进一步除去电极片中的水分，电极片转移至手套箱内备用。

钴酸锂正极的制备：将活性物质LiCoO₂、导电剂炭黑和溶解在NMP中的粘结剂PTFE按照质量比85％：10％：5％混合，得到物料。物料在球磨机中使材料与粘结剂充分接触混合均匀。将获得的均匀物料涂覆在铝集流体上，通过热压滚轴获得目标厚度的电极片。将电极片放入流通空气中加热干燥4小时，除去溶剂和部分水分。利用切片机获得目标直径的电极片，将电极片进行真空加热，进一步除去电极片中的水分，将电极片转移至手套箱内备用。

硬碳负极的制备：将活性物质硬碳、导电剂炭黑和溶解在NMP中的粘结剂PTFE按照质量比80％：10％：10％混合，得到物料。利用球磨机高速旋转均匀混合，将获得的均匀物料涂覆在铜集流体上，通过热压滚轴获得目标厚度的电极片。将电极片放入流通空气中加热干燥4小时，除去溶剂和部分水分。利用切片机获得目标直径的电极片，将电极片进行真空加热，进一步除去电极片中的水分，将电极片转移至手套箱内备用。

新型电化学能量存储装置的组装：在手套箱中，取一片干燥的硬碳负极，选择负极活性物质材料质量15％的超稳态金属锂粉，均匀地添加在负极电极材料的表面，完成预嵌锂过程。正极选择活性炭电极与钴酸锂电极并列排列，正负极间用玻璃纤维隔膜避免直接接触，添加过量的LiFP₆电解液并充分浸润电极表面。采用封压机完成密封压制，静置一段时间备用。

对比例1

该对比例采用的为一个典型的锂离子电池。正极选用钴酸锂材料，负极选用硬碳材料，隔膜选用玻璃纤维(WhatmanFilters GF/C)，电解液选用1mol/L的LiPF₆以碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯/碳酸二甲酯(体积比为1：1：1)为溶剂。在硬碳负极处添加超稳态金属粉末SLMP，添加比例为负极活性物质质量的10％。在手套箱中选取直径为12mm的负极片，添加负极活性物质质量10％的SLMP；选取直径为12mm的正极片，正负极片间用玻璃纤维隔膜避免直接接触，添加过量的电解液充分浸润材料表面。组装完成后静置12小时。

对比例2

该对比例采用的为一个锂离子电容器。正极选用活性炭材料，负极选用硬碳材料，在负极活性物质表面添加超稳态金属锂粉。隔膜选用玻璃纤维(WhatmanFilters GF/C)，电解液选用1mol/L的LiPF6以碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯/碳酸二甲酯(体积比为1：1：1)为溶剂。在手套箱中选取直径为12mm的负极片，添加负极活性物质质量10％的SLMP；选取直径为12mm的正极片，正负极片间用玻璃纤维隔膜避免直接接触，添加过量的电解液充分浸润材料表面。组装完成后静置12小时。

将实施例7和对比例1、2得到的电池进行电化学测试。测试电压范围为2.0-4.1V。不同的电流下进行恒流充放电，获得的电势与时间变化结果如图7、8所示，在恒定功率下获得的实验结果如图9所示。

图7为在0.5mA的恒定电流下，在2.0-4.1V的电压范围内对比例1，实施例7，对比例2的电压分布。对比例1(图7a)，实施例7(图7b)和对比例2(图7c)的能量密度分别为344.1Wh/kg，149.2Wh/kg和58.7Wh/kg。可以认为，对比例1的能量密度比对比例2的能量密度高约5倍，并且实施例7的能量密度低于对比例1的能量密度，但也是对比例2能量密度的2倍。

图8为在4.1-2.0V的电压范围内对比例1(图8a)，实施例7(图8b)和对比例2(图8c)在2.0-4.1V的电压范围内的前三个周期电压分布，恒定电流为5mA。从图中可知对比例1，实施例7和对比例2的能量密度分别为6.0Wh/kg，31.1Wh/kg和46.2Wh/kg。这意味着在5mA的放电电流下，对比例2具有比具有对比例1或实施例7更高的能量密度。

实施例7具有比对比例2更高的能量密度，并且具有比对比例1电极的电池更高放电功率密度。这意味着实施例7具有更好的功率和能量的平衡，并且提供比锂离子电池或锂离子电容器更宽的操作范围。

不同的器件在恒定功率模式下放电，图9为基于活性材料的重量的Ragone图。如图9所示，所有纽扣型电容器的能量密度随着功率能量的增加而降低，这表明对于电化学存储系统，非常难以同时获得高能量密度以及高功率密度。

在小于250kW/kg的功率密度下，对比例1的能量存储装置比其它能量存储装置具有更高的能量密度。在功率密度高于250kW/kg时，对比例2的能量存储装置提供最高的能量密度。实施例7在较低功率输出下有较高的能量密度；在较高功率输出下能量密度保持较好，因而实现了能量密度与功率密度的平衡，可满足更广泛的工作条件范围。

实施例8

本实施例采用单元纽扣型结构的新型电化学能量存储装置。其中正极材料为活性炭与钴酸锂的混合，电极体积比为1:1；负极材料为硬碳。隔膜选用聚丙烯PP，电解液选用1mol/L的LiPF₆以碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯/碳酸二甲酯(体积比为1：1：1)为溶剂。组装成纽扣型新型电化学能量存储装置，电压范围为2.0-4.1V，在0.5-10mA不同的电流下进行恒流充放电过程。

实施例9

采用同实施例8一致的组装与测试方法。与实施例8不同的是，在负极活性物质表面添加有一层超稳态金属锂粉，超稳态金属锂粉添加比例为负极活性物质质量的8％。

实施例10

采用同实施例8一致的组装与测试方法。与实施例8不同的是，负极活性物质表面添加有一层锂片，锂片的厚度为0.5mm，锂金属材料添加比例为负极活性物质质量的16％。

实施例11

采用同实施例8一致的组装与测试方法。与实施例8不同的是，负极活性物质表面添加有一层锂箔，锂箔的厚度为65μm，锂金属材料添加比例为负极活性物质质量的20％。

实施例12

采用同实施例8一致的组装与测试方法。与实施例8不同的是，负极活性物质表面添加有一层超稳态金属锂粉，超稳态金属锂粉添加比例为负极活性物质质量的36％。

图10为实施例8～12中钴酸锂与活性炭正极和添加了不同质量比例含锂材料的负极组成的电容器能量与功率密度关系，可以看出锂金属材料的加入能有效提升整体的性能，具有良好的功率密度与能量密度平衡。

实施例13

本实施例采用的为一种结构的新型电化学能量存储装置。正极为钴酸锂电极与活性炭电极的结合，钴酸锂电极占正极的一半。负极为硬碳，在负极活性物质表面添加超稳态金属锂粉，添加比例为负极活性物质质量的15％。隔膜选用玻璃纤维(WhatmanFilter GF/C)，电解液选用1mol/L的LiPF₆以碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯/碳酸二甲酯(体积比为1：1：1)为溶剂。组装成扣式电池，电压范围为2.0-4.1V，在30C倍率下进行恒流充放电过程。

图11为钴酸锂与活性炭正极和含锂材料的负极组成的电容器容量保有率与循环寿命的关系，在30C倍率下循环了5000次后容量保有率依然高于85％，显示出良好的寿命与较高的稳定性。

实施例14

本实施例为一单元结构新型电化学能量存储装置。正极选择磷酸铁锂与活性炭电极片的结合，磷酸铁锂占据正极活性物质质量的20％。负极选择硬碳，在负极活性物质表面添加一层锂箔，锂箔的厚度为65μm，锂箔质量为负极活性物质质量的10％。隔膜选用聚丙烯PP，电解液选用1mol/L的LiPF₆以碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯/碳酸二甲酯(体积比为1：1：1)为溶剂。组装成纽扣型新型电化学能量存储装置，电压范围为2.0-4.1V，在不同倍率的电流下进行恒流充放电过程。

不同倍率电流密度下电容器的放电容量与循环寿命关系如图12所示，可以发现这种新型电化学能量存储装置在高电流密度下仍然能保证较好的放电容量，容量保持率较高。同时多次循环下放电容量几乎保持不变，具有良好的循环稳定性。

以上具体内容是结合具体地优选实施方式对本发明所作的进一步阐述，阐述的实例不能定义本发明和其要求法律保护的范围。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出其他类似的变型，而且性能或者用途相同，都应该视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电化学能量存储装置，其特征在于，该装置包括依次分布的阳极导电板、负载在阳极导电板上的阳极、多孔隔膜、负载在阴极导电板上的阴极以及阴极导电板，所述阳极和阴极之间填充电解质，所述阳极包括第一导电含碳材料和锂金属材料，其中第一导电含碳材料和锂金属材料的质量比为（3~30）：1，所述阴极包括第二导电含碳材料和含锂化合物材料，其中第二导电含碳材料和含锂化合物材料的质量比为（0.05~5）：1，且所述锂金属材料与第二导电含碳材料之间的质量比为（0.001~0.1）：1，所述第二导电含碳材料的孔隙率大于第一导电含碳材料的孔隙率；

所述含锂化合物材料选自LiCoO₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiMn₂O₄、LiV₃O₈、LiMn _x Co _y Ni_zO₂、LiFePO₄或Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂中的一种或几种的混合；

所述阴极中，所述含锂化合物材料均匀混合在第二导电含碳材料内部；

或者，所述第二导电含碳材料和含锂化合物材料并列放置在阴极导电板和多孔隔膜之间；

或者，所述第二导电含碳材料和含锂化合物材料叠放在阴极导电板和多孔隔膜之间，且阴极导电板、第二导电含碳材料、含锂化合物材料和多孔隔膜依次放置；

或者，所述第二导电含碳材料和含锂化合物材料叠放在阴极导电板和多孔隔膜之间，且阴极导电板、含锂化合物材料、第二导电含碳材料和多孔隔膜依次放置。

2.根据权利要求1所述的一种电化学能量存储装置，其特征在于，所述的第一导电含碳材料和第二导电含碳材料包括碳与硅、钛酸锂或锡中的至少一种组成的混合物。

3.根据权利要求2所述的一种电化学能量存储装置，其特征在于，所述的第一导电含碳材料选自硬碳、软碳、石墨碳、碳微球、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种混合。

4.根据权利要求3所述的一种电化学能量存储装置，其特征在于，所述第一导电含碳材料中的碳选自碳混合物。

5.根据权利要求2所述的一种电化学能量存储装置，其特征在于，所述第二导电含碳材料中采用的碳包括活性炭、碳微球、炭黑、碳纳米管组成的组中的一种或几种的混合，所述第二导电含碳材料的电导率大于1S/cm，第二导电含碳材料的比表面积大于500m²/g，第二导电含碳材料的比电容大于50F/g，第二导电含碳材料的孔隙率大于50%。

6.根据权利要求1所述的一种电化学能量存储装置，其特征在于，所述阳极中，所述锂金属材料均匀混合在第一导电含碳材料内部；

或者，所述第一导电含碳材料和锂金属材料并列放置在阳极导电板和多孔隔膜之间；

或者，所述第一导电含碳材料和锂金属材料叠放在阳极导电板和多孔隔膜之间，且阳极导电板、第一导电含碳材料、锂金属材料和多孔隔膜依次放置；

或者，所述第一导电含碳材料和锂金属材料叠放在阳极导电板和多孔隔膜之间，且阳极导电板、锂金属材料、第一导电含碳材料和多孔隔膜依次放置。

7.根据权利要求1所述的一种电化学能量存储装置，其特征在于，所述阳极导电板和阴极导电板的材料选自铜箔或铝箔。

8.根据权利要求1所述的一种电化学能量存储装置，其特征在于，所述电解质为锂盐溶液。

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