專利名稱：一種大功率儲(chǔ)能電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體地講，涉及一種大功率儲(chǔ)能電源。
背景技術(shù)：
由于石油資源的日益枯竭，石油危機(jī)導(dǎo)致石油資源的價(jià)格大幅度上漲，內(nèi)燃機(jī)汽車在消耗大量石油資源的同時(shí)，產(chǎn)生了大量的污染，給城市帶來了新的煩惱。由于電能來源廣泛，價(jià)格便宜，電動(dòng)汽車越來越受到人們的歡迎。但電動(dòng)汽車由于受儲(chǔ)能技術(shù)的制約，到目前為止，在全球范圍內(nèi)，仍然處于起步階段。人們已經(jīng)探索和開發(fā)了多種形式的電能儲(chǔ)能方式，其中以化學(xué)儲(chǔ)能電池和雙電層超級(jí)電容器儲(chǔ)能(ElectricalDoule-LayerCapacitor簡稱EDLC)、多層陶瓷電容器(Multi-layer ceramic capacitors 簡稱 MLCC)最具代表性。 目前市場上的化學(xué)儲(chǔ)能電池豐要有鉛酸電池，鎳氫電池，液流釩電池、鋰電池、燃料電池等化學(xué)電池。這類化學(xué)電池通過電能化學(xué)能一電能的轉(zhuǎn)換過程，來實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。而以鋰電池為代表的化學(xué)電池在能量密度方面已趨于極限，而且充放電速度慢、大功率鋰電池存在安全隱患等。為克服上述化學(xué)電池存在的難題，EDLC由于充放電速度快(以秒分鐘計(jì))，在近十年獲得的了迅速的發(fā)展，其原理是基于采用高比表面積電極材料，來增大電容量，上萬法拉的超級(jí)電容器已能批量生產(chǎn)。然而雙電層超級(jí)電容器的單體模塊電壓低(〈3伏)，儲(chǔ)能很少，目前最好的雙電層電容器的比能量只有鋰電池的十分之一。MLCC雖具有充放電快、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，由于目前在結(jié)構(gòu)上的缺陷在高壓下絕緣介電層易被被擊穿及產(chǎn)生表面電弧放電，不能在高電壓狀態(tài)下使用，儲(chǔ)能尚不及EDLC，更無法用于大功率儲(chǔ)能。因此目前的儲(chǔ)能技術(shù)已嚴(yán)重制約了以電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大功率儲(chǔ)能電源，此電源耐高壓、防電磁干擾、電容大、儲(chǔ)能密度高、制備成本低、充電快、漏電少、壽命長、安全性能好、綠色環(huán)保。本發(fā)明采用如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的
一種大功率儲(chǔ)能電源，包括絕緣介電層(1)，其特征是所述介電絕緣層(I)內(nèi)部設(shè)置有至少一個(gè)正內(nèi)電極(2)和一個(gè)負(fù)內(nèi)電極(3)，所述正內(nèi)電極(2)的一端通過正端電極(4)連接正極極性柱(5)，所述負(fù)內(nèi)電極(3)的一端通過負(fù)端電極(6)連接負(fù)極極性柱(7)，所述絕緣介電層(I)外側(cè)設(shè)置有抗干擾涂層(8)，所述絕緣介電層(I)、正端電極(4)、負(fù)端電極
(6)和抗干擾涂層(8)都包裹在絕緣涂層(9)內(nèi)?？垢蓴_涂層是鋁、銅、鎳中的一種或幾種組成，這樣保證了在高壓條件下充電時(shí)的電磁干擾問題。絕緣涂層采用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等絕緣材料，進(jìn)一步保證了在高壓條件下，由于表面電弧放電導(dǎo)致的失效。
作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述正極極性柱(5)和負(fù)極極性柱(7)外層具有螺紋結(jié)構(gòu)。這樣保證了在連接時(shí)，尤其是在高壓條件下結(jié)構(gòu)牢固、安全可靠。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述絕緣涂層(9)的外形為正方體形或者長方體形。
作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述正內(nèi)電極(2)和負(fù)內(nèi)電極(3)為正方體圓角結(jié)構(gòu)或者長方體圓角結(jié)構(gòu)。這樣保證了在高壓條件下，由于表面電弧放電導(dǎo)致的失效。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述絕緣介電層(I)厚度在O. 5-10um，介電強(qiáng)度>300V/um，介電常數(shù)在1000-1000000之間。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述正內(nèi)電極(2)和負(fù)內(nèi)電極(3)厚度在 O.l-2um,比表面積在10-2500m2/g之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明儲(chǔ)能密度高，是目前最好的鋰電池的3-4倍、壽命長、充電快、成本低，與鉛酸電池相當(dāng)、可大電流放電等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明與現(xiàn)有儲(chǔ)能產(chǎn)品相比，還有耐高壓、防電磁干擾、功率大、漏電少、安全性能好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，兼具鋰電池的高能量密度和雙層超級(jí)電容器、多層陶瓷電容器的高功率特性，該產(chǎn)品有望取代鋰離子二次電池和雙電層超級(jí)電容器，不但在電動(dòng)汽車，而且在風(fēng)能、太陽能儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、各類照明燈具和通訊類電子產(chǎn)品等行業(yè)中做為電源或儲(chǔ)能裝置。


圖I為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的單層絕緣介電層和內(nèi)電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖I和圖2，本發(fā)明包括絕緣介電層I、正內(nèi)電極2、負(fù)內(nèi)電極3、正端電極4、正極極性柱5、負(fù)端電極6、負(fù)極極性柱7、抗干擾涂層8、絕緣涂層9.所述介電絕緣層I內(nèi)部設(shè)置有至少一個(gè)正內(nèi)電極2和一個(gè)負(fù)內(nèi)電極3，所述正內(nèi)電極2的一端通過正端電極4連接正極極性柱5，所述負(fù)內(nèi)電極3的一端通過負(fù)端電極6連接負(fù)極極性柱7，所述絕緣介電層I兩側(cè)分別設(shè)置有抗干擾涂層8，所述絕緣介電層I、正端電極4、負(fù)端電極6和抗干擾涂層8都包裹在絕緣涂層9內(nèi)。本實(shí)例中正負(fù)內(nèi)電極2、3均為石墨烯，分別為500層，絕緣介電層I為摻雜改性納米鈦酸鋇，端電極4為金屬鎳，極性柱5、6均為銅錫合金。本實(shí)例中正、負(fù)內(nèi)電極2、3正對(duì)面積為50mm2，內(nèi)電極之間的絕緣介電層I厚度為3um。石墨烯材料具有非常大的比表面積，其比表面積為普通材料的5倍以上。在本實(shí)例中，由于采用石墨烯為內(nèi)電極導(dǎo)電材料，內(nèi)電極面積增加至少5倍，以5倍計(jì)，內(nèi)電極實(shí)際擴(kuò)大為面積為250mm2。本實(shí)例中摻雜改性納米鈦酸鋇絕緣介電材料的介電常數(shù)達(dá)到20000，介電層耐壓達(dá)到 300V/um。所述正極極性柱5和負(fù)極極性柱7外層具有螺紋結(jié)構(gòu)。
所述絕緣涂層9的外形為正方體形或者長方體形。所述正內(nèi)電極2和負(fù)內(nèi)電極3為正方體圓角結(jié)構(gòu)或者長方體圓角結(jié)構(gòu)。所述絕緣介電層I厚度在O. 5-10um,介電強(qiáng)度>300V/um，介電常數(shù)在1000-1000000 之間。所述正內(nèi)電極2和負(fù)內(nèi)電極3厚度在O. l-2um,比表面積在10_2500m2/g之間。根據(jù)儲(chǔ)能公式E= 1/2 CV2, E儲(chǔ)能(J)，C為電容(F)，V為電壓(V)。儲(chǔ)能量與電容量成正比，與絕緣介電材料所能耐受的電壓的平方數(shù)成正比。要提高儲(chǔ)能密度，提高絕緣層的耐壓場強(qiáng)是最有效的技術(shù)方案之一。本發(fā)明絕緣介電層I采用耐高壓、高介電常數(shù)的介電材料，這樣保證了在高壓條件下，所述大功率電容電池不被擊穿。
根據(jù)儲(chǔ)能公式E= 1/2 CV 2，要提高儲(chǔ)能密度，提高電容量是提高儲(chǔ)能密度的另一技術(shù)方案。根據(jù)電容計(jì)算公式C =ε xe0xS/d; ε相對(duì)介電常數(shù)；ε ^真空介電常數(shù)
8.86 X 10_12單位F/m ;面積S，單位平方米；極板間距d，單位米。增大正、負(fù)內(nèi)電極2、3比表面積、減薄絕緣介電層的厚度、提高介電層的相對(duì)介電常數(shù)都能提高電容電池的電容量。本發(fā)明采用以石墨烯為代表的高表面積材料制備內(nèi)電極，采用Ca、Zr、Mn、Zn、Mg等堿金屬和Dy、Er、HO、Y、Yb、Ga、Nd、PT、Sm和Gd等稀土金屬摻雜改性納米鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、鈦酸銅鈣等介電材料，制備微米級(jí)介電層，這樣保證了在同等質(zhì)量或同等體積下實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電源大容量。本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)形式，可并聯(lián)兩個(gè)以上單體，構(gòu)成不同用途的大功率儲(chǔ)能電源。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例將30256個(gè)此大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片并連在一起，可組成一個(gè)儲(chǔ)能量為50KW、體積為13. 95L、質(zhì)量只有77. 5kg的大功率儲(chǔ)能電源?？晒┕β蔍Okw的電動(dòng)汽車以100km/h的速度行駛500km，在充電站內(nèi)5分鐘就可充滿電，像汽車加油一樣方便。當(dāng)然，上述說明并非對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種大功率儲(chǔ)能電源，包括絕緣介電層(1)，其特征是所述介電絕緣層(I)內(nèi)部設(shè)置有至少一個(gè)正內(nèi)電極(2)和一個(gè)負(fù)內(nèi)電極(3),所述正內(nèi)電極(2)的一端通過正端電極(4)連接正極極性柱(5)，所述負(fù)內(nèi)電極(3)的一端通過負(fù)端電極(6)連接負(fù)極極性柱(7)，所述絕緣介電層(I)的外側(cè)設(shè)置有抗干擾涂層(8)，所述絕緣介電層(I)、正端電極(4)、負(fù)端電極(6 )和抗干擾涂層(8 )都包裹在絕緣涂層(9 )內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率儲(chǔ)能電源，其特征是所述正極極性柱(5)和負(fù)極極性柱(7)外層具有螺紋結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率儲(chǔ)能電源，其特征是所述絕緣涂層(9)的外形為正方體形或者長方體形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率儲(chǔ)能電源，其特征是所述正內(nèi)電極(2)和負(fù)內(nèi)電極(3)為正方體圓角結(jié)構(gòu)或者長方體圓角結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率儲(chǔ)能電源，其特征是所述絕緣介電層(I)厚度在O. 5-10um，介電強(qiáng)度>300V/um，介電常數(shù)在1000-1000000之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率儲(chǔ)能電源，其特征是所述正內(nèi)電極(2)和負(fù)內(nèi)電極(3)厚度在O. l-2um,比表面積在10-2500m2/g之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率儲(chǔ)能電源，包括絕緣介電層(1)，其特征是所述介電絕緣層(1)內(nèi)部設(shè)置有至少一個(gè)正內(nèi)電極(2)和一個(gè)負(fù)內(nèi)電極(3)，所述正內(nèi)電極(2)的一端通過正端電極(4)連接正極極性柱(5)，所述負(fù)內(nèi)電極(3)的一端通過負(fù)端電極(6)連接負(fù)極極性柱(7)，所述絕緣介電層(1)兩側(cè)分別設(shè)置有抗干擾涂層(8)，所述絕緣介電層(1)、正端電極(4)、負(fù)端電極(6)和抗干擾涂層(8)都包裹在絕緣涂層(9)內(nèi)。本發(fā)明儲(chǔ)能密度高，是目前最好的鋰電池的3-4倍、壽命長、充電快、成本低，與鉛酸電池相當(dāng)、可大電流放電等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01G4/224GK102938316SQ20121050551
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者劉振升, 胡立祥 申請(qǐng)人:濟(jì)南航醫(yī)納科技有限公司