CN219370802U - 一种混合能源器件及混合能源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种混合能源器件及混合能源系统，混合能源器件包括锂离子电容器和锂离子电池，其中，锂离子超级电容器包括第一正极集流体、负极集流体、第一隔膜和第一负极材料层，锂离子电池包括第二正极集流体、负极集流体、第二隔膜和第二负极材料层。此结构的混合能源器件，负极集流体作为锂离子超级电容器和锂离子电池的公共负极，实现锂离子超级电容器负极与锂离子电池负极的连接。相比现有技术省去超级电容器负极与锂离子电池负极之间的导线连接，有效减少混合能源器件的能量损耗和热量堆积，减小导线占用空间，提高混合能源器件的空间利用率，同时相比现有技术的混合能源器件可减少一个负极集流体，节约材料。

Description

一种混合能源器件及混合能源系统

技术领域

本实用新型涉及电化学储能器件技术领域，具体涉及一种混合能源器件及混合能源系统。

背景技术

混合能源器件是将具有不同优势但工作原理类似的多个器件或将不同工作原理器件的多个器件进行有效集成制备得到工作性能更加优异的能源器件。

当前，作为供能单元，锂离子电池和锂离子超级电容器多为独立工作方式，锂离子电池具有能量密度高、可长时间续航的优点，锂离子超级电容器具有功率密度高、充放电速度快的优点，但锂离子电池和锂离子超级电容器独立工作无法满足更高的性能需求，如能量密度高的同时，可以提供高的瞬时功率。为同时满足能量密度高和功率密度高的需求，通过导线连接锂离子电池和锂离子超级电容器形成集成器件，设置导线不仅导致工作过程中能量损耗和热量堆积，导线线路占据空间导致空间利用率低。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的混合能源器件通过导线连接锂离子电池和锂离子电容器导致能量损耗、热量堆积和空间利用率低的缺陷。

为此，本实用新型提供一种混合能源器件，包括

锂离子电容器，包括第一正极集流体、负极集流体和设于所述第一正极集流体与所述负极集流体之间的第一隔膜，所述第一正极集流体上设有第一正极材料层，所述负极集流体的两面各设有第一负极材料层和第二负极材料层，所述第一隔膜的两面各设有第一电解质层；

锂离子电池，包括第二正极集流体、所述负极集流体、设于所述第二正极集流体与所述负极集流体之间的第二隔膜和所述第二负极材料层，所述负极集流体位于所述第一正极集流体与所述第二正极集流体之间，所述第二正极集流体上设有第二正极材料层，所述第二隔膜的两面各设有第二电解质层。

可选地，上述的混合能源器件，所述第一电解质层和/或所述第二电解质层的材质为固体聚合物电解质或凝胶聚合物电解质。

可选地，上述的混合能源器件，所述第一正极集流体和所述第二正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。

可选地，上述的混合能源器件，所述第一正极材料层为活性炭层。

可选地，上述的混合能源器件，所述第二正极材料层材质为磷酸铁锂或钴酸锂或三元锂，和/或所述第一负极材料层和所述第二负极材料层的为石墨或硅碳。

本实用新型提供一种混合能源系统，包括上述中任一项所述的混合能源器件。

可选地，上述的混合能源系统，还包括第一导电件、第二导电件和第三导电件，所述第一导电件的两端分别电连接所述第一正极集流体和所述第二正极集流体，所述第一导电件电连接第一开关；

所述第二导电件的两端分别电连接所述第一正极集流体和所述负极集流体，所述第二导电件电连接第二开关；

所述第三导电件的两端分别电连接所述第二正极集流体和所述负极集流体，所述第二导电件电连接第三开关。

可选地，上述的混合能源系统，还包括供电电源和第四导电件，所述供电电源的正极和负极通过所述第四导电件电连接所述第二正极集流体和所述负极集流体，所述第四导电件电连接第四开关。

可选地，上述的混合能源系统，所述第一导电件、所述第二导电件、所述第三导电件和所述第四导电件均为导线。

可选地，上述的混合能源系统，当闭合所述第二开关，其余开关断开时，所述第二导电件实现瞬时高功率输出；

当闭合所述第三开关，其余开关断开时，所述第三导电件实现稳定输出；

当所述锂离子电池能量耗尽时，闭合所述第四开关，所述供电电源为所述锂离子电池供电以补充其电量存储。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的混合能源器件，其包括锂离子电容器和锂离子电池，其中，锂离子电容器包括第一正极集流体、负极集流体和第一隔膜，第一正极集流体上设有第一正极材料层，负极集流体的两面各设有第一负极材料层和第二负极材料层，第一隔膜的两面各设有第一电解质层；锂离子电池包括第二正极集流体、负极集流体、第二隔膜和第二负极材料层。

负极集流体的两面分别设有第一负极材料层和第二负极材料层，负极集流体作为锂离子电容器和锂离子电池的公共负极，实现锂离子电容器负极与锂离子电池负极的连接，混合能源器件既可提供顺时高功率、又可长时间低功率稳定供电。相比现有技术省去超级电容器负极与锂离子电池负极之间的导线连接，有效减少混合能源器件的能量损耗和热量堆积，减小导线占用空间，提高混合能源器件的空间利用率，同时相比现有技术的混合能源器件可减少一个负极集流体，节约材料。

2.本实用新型提供的混合能源系统，其上的混合能源器件，通过公共负极集成锂离子电容器和锂离子电池，相比现有技术省去超级电容器负极与锂离子电池负极之间的导线连接，有效减少混合能源器件的能量损耗和热量堆积，减小导线占用空间，提高混合能源系统的空间利用率。

3.混合能源系统还包括供电电源和第四导电件，当锂离子电池能量耗尽时，闭合第四开关，供电电源为锂离子电池供电以补充其电量存储。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的混合能源器件的示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的混合能源系统的示意图。

附图标记说明：

10、锂离子电容器；101、第一正极集流体；102、负极集流体；103、第一隔膜；104、第一正极材料层；105、第一负极材料层；106、第一电解质层；20、锂离子电池；201、第二正极集流体；202、第二隔膜；203、第二正极材料层；204、第二电解质层；205、第二负极材料层；30、第一导电件；40、第二导电件；50、第三导电件；60、第一开关；70、第二开关；80、第三开关；90、供电电源；100、第四导电件；110、第四开关。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种混合能源器件，如图1所示，其包括锂离子电容器10和锂离子电池20，其中，锂离子电容器10包括第一正极集流体101、负极集流体102和设于第一正极集流体101与负极集流体102之间的第一隔膜103，第一正极集流体101上设有第一正极材料层104，负极集流体102的两面各设有第一负极材料层105和第二负极材料层205，第一隔膜103的两面各设有第一电解质层106；锂离子电池20包括第二正极集流体201、负极集流体102、设于第二正极集流体201与负极集流体102之间的第二隔膜202和第二负极材料层205，负极集流体102位于第一正极集流体101与第二正极集流体201之间，第二正极集流体201上设有第二正极材料层203，第二隔膜202的两面各设有第二电解质层204。

此结构的混合能源器件，负极集流体102的两面分别设有第一负极材料层105和第二负极材料层205，负极集流体102作为锂离子电容器10和锂离子电池20的公共负极，实现锂离子电容器10负极与锂离子电池20负极的连接，混合能源器件既可提供顺时高功率、又可长时间低功率稳定供电。相比现有技术省去超级电容器负极与锂离子电池20负极之间的导线连接，有效减少混合能源器件的能量损耗和热量堆积，减小导线占用空间，提高混合能源器件的空间利用率，同时相比现有技术的混合能源器件可减少一个负极集流体102，节约材料。

第一电解质层106和/或第二电解质层204的材质为固体聚合物电解质。可选地，第一电解质层106和第二电解质层204的材质均为固体聚合物电解质。固体聚合物电解质为现有材料，制作混合能源器件时，将固体聚合物电解质裁切成所需尺寸，然后将裁切后的固体聚合物电解质放置于锂离子电容器10的第一隔膜103与第一正极材料层104之间以及第一隔膜103与第一负极材料层105之间、锂离子电池20的第二隔膜202与第二正极材料层203之间、以及第二隔膜202与第二负极材料层205之间。固体聚合物电解质中游离物质为LiPF6、LiBF4等。

可选地，第一正极集流体101和第二正极集流体201为铝箔，负极集流体102为铜箔。

可选地，第一正极材料层104为活性炭层。

第二正极材料层203材质为磷酸铁锂或钴酸锂或三元锂，第一负极材料层和第二负极材料层的材质为石墨或硅碳。

作为实施例1的替换实施方式，第一电解质层106和第二电解质层204的材质还可为凝胶聚合物电解质。凝胶聚合物电解质为现有材质，制作混合能源器件时，将凝胶聚合物电解质分别涂覆在第一隔膜103和第二隔膜202的两面，凝胶聚合物电解质固化后形成第一电解质层106和第二电解质层204。

实施例2

本实施例提供一种混合能源系统，如图2所示，其包括实施例1中的混合能源器件。

此结构的混合能源系统，其上的混合能源器件，通过公共负极集成锂离子电容器10和锂离子电池20，相比现有技术省去超级电容器负极与锂离子电池20负极之间的导线连接，有效减少混合能源器件的能量损耗和热量堆积，减小导线占用空间，提高混合能源系统的空间利用率。

参见图2，混合能源系统还包括第一导电件30、第二导电件40和第三导电件50，第一导电件30的两端分别电连接第一正极集流体101(即超级锂离子电容器的正极)和第二正极集流体201(即锂离子电池20的正极)，第一导电件30电连接第一开关60；第二导电件40的两端分别电连接第一正极集流体101(即超级锂离子电容器的正极)和负极集流体102(即公共负极)，第二导电件40电连接第二开关70；第三导电件50的两端分别电连接第二正极集流体201(即锂离子电池20的正极)和负极集流体102(即公共负极)，第二导电件40电连接第三开关80。

混合能源系统还包括供电电源90和第四导电件100，供电电源90的正极和负极通过第四导电件100电连接第二正极集流体201(即锂离子电池20的正极)和负极集流体102即公共负极)，第四导电件100电连接第四开关110。

可选地，第一导电件30、第二导电件40、第三导电件50和第四导电件100均为导线，第一导电件30、第二导电件40、第三导电件50和第四导电件100还可为导电铜排。

混合能源系统工作过程为：

第一开关60闭合，其他开关断开，锂离子电容器10的正极与锂离子电池20的正极通过第一导电件30连接，锂离子电容器10的负极与锂离子电池20的负极通过公共的负极集流体102连接，锂离子电池20为锂离子电容器10充电，基于锂离子电容器10充放电速度快的工作特性，充电过程可在短时间内完成。

锂离子电容器10充电完毕后，第二开关70闭合，其他开关断开，第二导电件40可实现顺时高功率输出，第二导电件40连接外部用电设备，此时混合能源系统可满足外部用电设备高功率需求。

第三开关80闭合，其他开关断开，第三导电件50实现稳定输出，第三导电件50连接外部用电设备，此时混合能源系统可满足外部用电设备长时间低功率稳定供电需求。

当锂离子电池20能量耗尽时，闭合第四开关110，供电电源90为锂离子电池20供电以补充其电量存储。通过控制不同开关闭合或断开，混合能源系统既可以满足高功率性能需求，还可以长时间低功率稳定供电。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种混合能源器件，其特征在于，包括：

锂离子电容器，包括第一正极集流体、负极集流体和设于所述第一正极集流体与所述负极集流体之间的第一隔膜，所述第一正极集流体上设有第一正极材料层，所述负极集流体的两面各设有第一负极材料层和第二负极材料层，所述第一隔膜的两面各设有第一电解质层；

锂离子电池，包括第二正极集流体、所述负极集流体、设于所述第二正极集流体与所述负极集流体之间的第二隔膜和所述第二负极材料层，所述负极集流体位于所述第一正极集流体与所述第二正极集流体之间，所述第二正极集流体上设有第二正极材料层，所述第二隔膜的两面各设有第二电解质层。

2.根据权利要求1所述的混合能源器件，其特征在于，所述第一电解质层和/或所述第二电解质层的材质为固体聚合物电解质或凝胶聚合物电解质。

3.根据权利要求1或2所述的混合能源器件，其特征在于，所述第一正极集流体和所述第二正极集流体为铝箔，和/或所述负极集流体为铜箔。

4.根据权利要求1或2所述的混合能源器件，其特征在于，所述第一正极材料层为活性炭层。

5.根据权利要求1或2所述的混合能源器件，其特征在于，所述第二正极材料层材质为磷酸铁锂或钴酸锂或三元锂，和/或所述第一负极材料层和第二负极材料层的材质为石墨或硅碳。

6.一种混合能源系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的混合能源器件。

7.根据权利要求6所述的混合能源系统，其特征在于，还包括第一导电件、第二导电件和第三导电件，所述第一导电件的两端分别电连接所述第一正极集流体和所述第二正极集流体，所述第一导电件电连接第一开关；

所述第二导电件的两端分别电连接所述第一正极集流体和所述负极集流体，所述第二导电件电连接第二开关；

所述第三导电件的两端分别电连接所述第二正极集流体和所述负极集流体，所述第二导电件电连接第三开关。

8.根据权利要求7所述的混合能源系统，其特征在于，还包括供电电源和第四导电件，所述供电电源的正极和负极通过所述第四导电件电连接所述第二正极集流体和所述负极集流体，所述第四导电件电连接第四开关。

9.根据权利要求8所述的混合能源系统，其特征在于，所述第一导电件、所述第二导电件、所述第三导电件和所述第四导电件均为导线。

10.根据权利要求8或9所述的混合能源系统，其特征在于，当闭合所述第二开关，其余开关断开时，所述第二导电件实现瞬时高功率输出；

当闭合所述第三开关，其余开关断开时，所述第三导电件实现稳定输出；

当所述锂离子电池能量耗尽时，闭合所述第四开关，所述供电电源为所述锂离子电池供电以补充其电量存储。