CN202258810U - 固体陶瓷大功率电容电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固体陶瓷大功率电容电池，包括壳体(1)、正极接线柱(2)、负极接线柱(3)，所述的壳体(1)内设有若干片薄网片(5)，薄网片(5)上部设有极耳(4)，所有极耳(4)固定后与正极接线柱(2)连接，薄网片(5)的表面固结一层陶瓷介电层，陶瓷介电层内层为金红石二氧化钛隔膜(7)，表层为钛酸铜钙陶瓷薄膜(6)，陶瓷介电层表面聚合固体导电聚合物(8)，负极接线柱(3)连接在固体导电聚合物(8)上。采用上述结构后，具有储能大、充电快、寿命长、体积小、重量轻、成本低、绿色环保等优点，可广泛应用于电动汽车、电动摩托车、大客车、大货车、大型储电站、手机、电脑、太阳能光伏产品、电动工具以及航天、航空及国防军工等产品。

Description

固体陶瓷大功率电容电池

技术领域

本实用新型涉及一种电容电池，特别是一种能存储巨大电能的固体陶瓷大功率电容电池。

背景技术

汽车新能源技术是高科技发展方向之一，由于现有的电能储存技术非常薄弱，导致电动车不能大量普遍推广应用，其主要问题就是电池：如铅酸电池能量密度只有0.04~0.06kwh/kg，储电量少、体积大、重量重，并存在严重的环保问题。又如铁锂电池费用昂贵，一辆汽车需要8~10万元，性价比不高，铁锂电池能量密度为0.08~0.3 kwh/kg，一般170AH/kg，由于它的储能过程是一个化学反应，在充放电时不断的进行电能和化学能的转换，锂离子在反复充放电时会从电极上流失，电极在化学反应时会被腐蚀，造成使用寿命短，平均充放电在2000~3000次。由于电池容量低导致行驶距离短，充电速度慢需要建设大规模的充电站，使电动汽车难以达到价廉物美的要求。

随着科学技术的进步，电容器技术也得到了逐步发展，电容器经历了从普通电容器到电解电容器，从电能电容器到超级电容器，从超级电容器又发展电化学超容和超级平板电解电容器。电化学电容包括双电层电容和法拉第准电容器，电容量大了就是大功率电池，电化学超级电容可以做到≥5000F的容量，但存在耐压低，体积大，采用水溶液电介质，夏季高温漏电大，冬季结冰凝固损坏等问题。超级电容可以大电流充放电，在上海世博会上成功的安装在电动大巴车上使用，但是电池体积十分巨大，充电后只能开几公里至几十公里，而且价格较高难以接受。立源的混合电容电池是目前最先进的，但它是锂电池和超容二者混合，价格没有降低反而更贵，寿命也只是2000次。到目前为止所有市场的电池都是化学或半化学的电池。

中国专利01807047.7公开了一种钛氧化膜的形成方法和钛电解电容器，采用金属钛材和钛酸酯来制造二氧化钛介电层，在金属钛板涂覆钛酸酯，经过高温烧结来制备二氧化钛介电层，并用于制造大容量钛电解电容器，其二氧化钛介电层的制备太麻烦，需要多次高温烧结。并介绍用水溶液来制备二氧化钛大电容，漏电流很大，不成功。

中国专利200710165636.1公开了一种超级电容器及其制造方法，采用铝、铝箔片，铜、不锈钢或镍作为电极，需要使用液体电介质，尽管容量很大，但也存在电介质腐蚀和电容器等效串联电阻较大的问题，由于水溶电介液和有机电介质的电导率很低，导致电容器的等效串联电阻很大。在大电流充放电时就会很快发热，影响使用寿命。

中国专利200910049029.8公开了一种大功率的超级电容动力电池，能作为动力电池的超级电容，采用钛铝合金40/60簿箔片用盐酸腐蚀掉金属铝成分，制得高比表面积的多孔骨架，再在多孔骨架上制得二氧化钛介电层。这样其实不符合客观规律，因为钛铝合金40/60簿箔片就很难成功，钛的溶点高至1680度，铝的溶点很低，达到钛的溶点时铝烧光了，要制得40/60钛铝合金很难，钛材中铝越多硬度越高，高到脆化不可能制成钛簿箔片，且要在钛簿箔片上制得500nm金红石二氧化钛介电层更难上难，需要很多次高温充氧形成，工艺指标控制非常严格，难以产业化。

针对上述存在的问题，许多生产厂家和有识之士都进行了卓有成效地开发和研究，但至今尚未有合理的产品面世。

发明内容

为克服现有大功率超级电容电池存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种容量大、充电快、寿命长、体积小、重量轻、成本低、安全环保的固体陶瓷大功率电容电池，该电池可作为电动汽车、电动摩托车、航天及国防领域的新动力电池。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案，包括壳体、正极接线柱、负极接线柱，所述的壳体内设有若干片金属钛薄板制成的薄网片，薄网片上部设有极耳，所有极耳固定一体后与正极接线柱固定连接，薄网片的表面固结一层致密的高介电常数的陶瓷介电层，陶瓷介电层内层为金红石二氧化钛隔膜(7)，表层为钛酸铜钙陶瓷薄膜，陶瓷介电层表面聚合高分子量的固体导电聚合物，负极接线柱连接在固体导电聚合物上。

所述的薄网片由纯金属钛制成，薄网片的厚度为0.2-0.3mm，网孔高度H为0.2 mm，长度L为0.3mm。

所述的固体导电聚合物由N-甲基亚乙基二氧吡咯、二苄基亚砜、纳米碳管导电剂和钛酸锂混合组成。

所述的薄网片采用卷绕或叠片方式制成圆形或方形。

采用上述方法后，本实用新型与现有技术相比有以下优点：

1)、固体陶瓷大功率电容电池不是化学反应，是物理的性能，电容量巨大，耐压又高，并具有充电快，在10秒~5分钟可达到额定容量的90%，与汽车加油一样快捷方便。

2)、因为没有电介液不存在漏液，不产生气体，使用安全。

3)、寿命长，可深度充放电上百万次以上，汽车报废后电池还可以回收利用。

4)、功率密度高，达到0.6kw/kg—3kw/kg，相当于铁锂电池的4—5倍。

5)、大电流充放电循环效率≥90%，过程损失少，存放一年压降不超过1V。

6)、生产、使用、存储以及拆卸过程均无污染，完全符合绿色环保要求。

7)、原材料廉价不贵，生产工艺简单，单个电池工作电压可达220V，不需要串联，无需电池平衡保护器，与锂电相比大大降低了成本。

8)、超低温性能好，在-50℃— +100℃正常工作。

9)、检测可直接读出，十分方便。

10)、电池耐压达到800V以上，不存在过冲过压损坏电池的现象。

11)、充电简单，只要有220V电，就可建充电站。

12)、由于陶瓷介电层内层为金红石二氧化钛隔膜，表层为钛酸铜钙陶瓷薄膜，金红石二氧化钛的介电常数为114，钛酸铜钙的介电常数可达12000，耐压达到800V以上，因此，在相同的体积下，电容量要大很多，可采用220V充电，一个200F/220V的大功率电容电池存储的电能比5000F/2.7V的超级电容器大很多。

附图说明

图1为本实用新型的外形示意图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型钛网片结构示意图。

其中1壳体，2正极接线柱，3负极接线柱，4极耳，5薄网片，6钛酸铜钙陶瓷薄膜，7金红石二氧化钛隔膜，8固体导电聚合物。

具体实施方式

图1、图2和图3所示，为本实用新型固体陶瓷大功率电容电池的具体实施方案，它包括壳体1、正极接线柱2、负极接线柱3，所述的壳体1内设有若干片薄网片5，薄网片5上部设有极耳4，所有极耳4点焊固定后与正极接线柱2固定连接，薄网片5的表面固结一层致密的高介电常数的陶瓷介电层，陶瓷介电层内层为金红石二氧化钛隔膜7，表层为钛酸铜钙陶瓷薄膜6，陶瓷介电层表面聚合高分子量的固体导电聚合物8，所述的固体导电聚合物8由N-甲基亚乙基二氧吡咯、二苄基亚砜、纳米碳管导电剂和钛酸锂混合组成，负极接线柱3连接在固体导电聚合物8上。

所述的薄网片5由纯金属钛通过冲孔、拉网、压平制成，薄网片的厚度为0.2-0.3mm，网孔高度H为0.2 mm，长度L为0.3mm；所述的薄网片5采用卷绕或叠片方式制成圆形或方形。

Claims (4)

1.一种固体陶瓷大功率电容电池，包括壳体(1)、正极接线柱(2)、负极接线柱(3)，其特征是：所述的壳体(1)内设有若干片金属钛薄板制成的薄网片(5)，薄网片(5)上部设有极耳(4)，所有极耳(4)固定一体后与正极接线柱(2)固定连接，薄网片(5)的表面固结一层致密的高介电常数的陶瓷介电层，陶瓷介电层内层为金红石二氧化钛隔膜(7)，表层为钛酸铜钙陶瓷薄膜(6)，陶瓷介电层表面聚合高分子量的固体导电聚合物(8)，负极接线柱(3)连接在固体导电聚合物(8)上。

2.根据权利要求1所述的固体陶瓷大功率电容电池，其特征是：所述的薄网片(5)由纯金属钛制成，薄网片的厚度为0.2-0.3mm，网孔高度H为0.2 mm，长度L为0.3mm。

3.根据权利要求1或2所述的固体陶瓷大功率电容电池，其特征是：所述的固体导电聚合物(8)由N-甲基亚乙基二氧吡咯、二苄基亚砜、纳米碳管导电剂和钛酸锂混合组成。

4.根据权利要求3所述的固体陶瓷大功率电容电池，其特征是：所述的薄网片(5)采用卷绕或叠片方式制成圆形或方形。

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