钛材料电容电池[发明专利]

*CN102544600A*

(10)申请公布号 CN 102544600 A(43)申请公布日 2012.07.04

(12)发明专利申请

(21)申请号 201210049714.2(22)申请日 2012.03.01

(71)申请人浙江世锋新能源开发有限公司

地址321304 浙江省金华市永康市石柱镇华

川村工业基地(72)发明人蒋龙友 李世锋 蒋志坚 李永麒(74)专利代理机构浙江杭州金通专利事务所有

限公司 33100

代理人李德强(51)Int.Cl.

H01M 10/38(2006.01)H01M 10/36(2010.01)

权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 1 页权利要求书1页 说明书6页 附图1页

(54)发明名称

钛材料电容电池(57)摘要

本发明公开了一种钛材料电容电池，包括正极板、负极板、壳体，所述的壳体内设有一组正负极板或多组正负极板，壳体内注入聚合物电解液，壳体内留有密封夹空层；所述的正负极板由钛粉加工成具有透气性的钛微孔板制成或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板制成或者由钛网片制成或者由钛箔板片制成或者由表面镀钛镍板片制成；所述的正负极板之间设有海棉体，聚合物电解液为四氟硼酸铅溶液加入1.0-2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，其中二价铅含量20-35%，游离硼酸含量1.5-3.5%，游离氟硼酸含量1.0-1.5%。采用本结构后，具有工艺简单、容量大、重量轻、寿命长、成本低、安全环保等优点，可广泛应用于电动车、电动汽车、公交车、储电站、航天和国防领域。

CN 102544600 ACN 102544600 A

权 利 要 求 书

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1.一种钛材料电容电池，包括正极板、负极板、壳体，其特征是：所述的壳体内设有一组正负极板或多组正负极板，壳体内注入聚合物电解液，壳体内留有密封夹空层，密封夹空层为真空层或空气层。

2.根据权利要求1所述的一种钛材料电容电池，其特征是：所述的正负极板由钛粉加工成具有透气性的钛微孔板制成；或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板制成；或者由钛网片制成；或者由钛箔板片制成；或者由表面镀钛镍板片制成。

3.根据权利要求1所述的一种钛材料电容电池，其特征是：所述的正负极板之间设有海棉体或玻璃纤维隔板，海棉体或玻璃纤维隔板紧贴在正负极板的表面。

4.根据权利要求2或3所述的一种钛材料电容电池，其特征是：所述的聚合物电解液为四氟硼酸铅溶液加入1.0-2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，其中二价铅含量20-35%，游离硼酸含量1.5-3.5%，游离氟硼酸含量1.0-1.5%。

5.根据权利要求2或3所述的一种钛材料电容电池，其特征是：所述的聚合物电解液为甲基磺酸铅和甲基磺酸的混合液加入1.0-2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，混合液中甲基磺酸铅的浓度为1.0-1.8 mol/L，甲基磺酸的浓度为0.5-1.1 mol/L。

6.根据权利要求4所述的一种钛材料电容电池，其特征是：所述的聚合物电解液中含有0.02-0.06%铁和 0.01-0.03%硫酸铅。

7.根据权利要求5所述的一种钛材料电容电池，其特征是：所述的聚合物电解液还加入0.03-0.06%钛酸钡和0.01-0.03%石墨烯。

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说 明 书钛材料电容电池

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技术领域

本发明涉及一种新能源电池，特别是一种用钛材料加工成正负极既不需要表面隔

膜又不需要正负极材料涂膏、生产方便降低成本的钛材料电容电池。

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背景技术

节能与新能源汽车是汽车高科技发展方向之一，代表着未来汽车的发展方向，已成为市场新的经济增长点和战略调整的制高点。我国燃料电池汽车领域的资深专家、科技部万钢提出的新能源汽车发展目标为：到2012年，国内有10%新生产的汽车是节能与新能源汽车，按届时汽车年产辆为1000万辆算，我国新能源汽车要达到年产100万辆的规模。由于电池的问题,到目前为止, 电动汽车的发展水平仍然停留在以山东为代表的低档电动汽车和以比亚迪为代表的高档锂电电动汽车上.电动汽车的普及还存在很多问题，主要的瓶颈是电池问题。目前常用的电池主要是铅酸电池、镍氢电池和磷酸铁锂电池。铅酸电池的能量密度为0.03-0.05kwh/kg，储电量少，体积大，重量重，并存在严重的的环保问题，屡屡出现大规模铅中毒现象，一般只能用在电动自行车上。镍氢电池的能量密度为0.1-0.2 kwh/kg,价格昂贵,驶行距离短，只有60-80公里,电动汽车上没前途。磷酸铁锂电池的能量密度为0.4-0.5 kwh/kg,价格昂贵，一辆汽车的电池费用需4-9万元，还有更贵的14万元一组,性价比差。

[0003] 由于上述电池的充放电过程是化学反应，电极涉及一个固相到另一个固相的反应，必然包含复杂的电极反应过程，从而降低电池的性能，即使加入活性材料对电池效率影响也不大，电极在化学反应过程中会被腐蚀，充放电次数少，电极使用寿命短。由于电池容量小，充电时间长，需要建设大规模的充电站，因此电动汽车即使在地方出台补贴的城市也难以普及推广使用。

[0004] 目前国内也生产超级电容电池,它是电化学超级电容器,由于超级电容电池容易击穿, 比能量只有0.008 kwh/kg, 无法用于电动汽车上。2008年上海张江开行了国内第一辆超级电容公交车,由于他们采用的是超级电解电容电池,存在的缺点和问题很多：一是 普通超级电容电池内压太低，储能量不太大，价格超过锂电池组, 公交车测试耗电量1.4 kwh/kg,行驶里程短至1-2公里;二是超级电容电池自放电大,夏天经常故障,超级电容电池性能在高温下漏电增加,容量下降,按照漏电流温度曲线,电解电容电池已经接近技术极限,很难再提高且价格很高；三是单个电容量不大,≦5000F，但体积巨大，电池需要并联使用，不是电动汽车的理想选择，所以超级电容电池无法在电动汽车上使用。[0005] 针对上述问题，许多生产厂家和有识之士进行开发和研制，但至今尚未有较理想的产品面世。

[0002]

发明内容

为了克服现有电池所存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种投资少、生产工

艺简单、电池容量大、重量轻、使用寿命长、成本低、安全环保并能完全代替铅酸电池、镍氢

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说 明 书

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电池和磷酸铁锂电池的钛材料电容电池；可广泛应用于电动汽车、电动摩托车、公交车、航天和国防领域以及太阳能、风能、大型储电站上。

[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案，它包括正极板、负极板、壳体，所述的壳体内设有一组正负极板或多组正负极板，壳体内注入聚合物电解液，壳体内留有密封夹空层，密封夹空层为真空层或空气层。

[0008] 所述的正负极板由钛粉加工成具有透气性的钛微孔板制成；或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板制成；或者由钛网片制成；或者由钛箔板片制成；或者由表面镀钛镍板片制成。

[0009] 所述的正负极板之间设有海棉体或玻璃纤维隔板，海棉体或玻璃纤维隔板紧贴在正负极板的表面，海棉体或玻璃纤维隔板具有均匀的吸水性和电容性，电池倾倒时海棉体能保证聚合物电解液与正负极板可靠接触，可以确保电池稳定工作，正常使用。

[0010] 所述的聚合物电解液为四氟硼酸铅溶液加入1.0-2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，其中二价铅含量20-35%，游离硼酸含量1.5-3.5%，游离氟硼酸含量1.0-1.5%；所述的聚合物电解液中含有0.02-0.06%铁和 0.01-0.03%硫酸铅。

[0011] 所述的聚合物电解液也可以是甲基磺酸铅和甲基磺酸的混合液加入1.0-2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，混合液中甲基磺酸铅的浓度为1.0-1.8 mol/L，甲基磺酸的浓度为0.5-1.1 mol/L；所述的聚合物电解液还加入0.03-0.06%钛酸钡和0.01-0.03%石墨烯。

[0012] 采用上述方法后，本发明与现有技术相比有以下优点和效果：

一是本发明的电容电池采用量子力学理论和电化学沉积的方式，在垂直的正负极板组成的电池格中，注入高介电常数的聚合物电解液，密封抽真空，通过电池极化后，电池就可以充放电。由于本发明的电池原理是原子转换反应，在电池正负极板上建立电位差，同时聚合物电解液中高介电常数的钛酸盐在电场作用下形成正负电子势垒或叫电子云，从而产生巨大的势垒电容，二者相互迭加能储存巨大的电能，单体电池容量大，单体电压可在1-500V之间任意设计，单体容量范围在1-200AH之间，电池容量可以做成48V、10AH； 48V、 20AH； 60V、 100AH； 60V 、200AH； 120V、 100AH； 150V 、100AH； 220V 、100AH等各种规格。[0013] 二是电池极化时间很短，可以节约很多化成时间；正负极板不需涂胶，可以节约大量的设备投资、材料费用和人工成本。[0014] 三是充放电电流密度大，可达50mA/平方厘米，大电流充放电能力强，能量转换效率高，大电流循环效率≧90%；能量密度高，可达0.7-1.3 kwh/kg，是磷酸铁锂电池的数倍。[0015] 四是电池充电速度快，由于不是化学能转变电能的化学反应，充电一个小时即可达到其额定容量的95%，如不要充十分满的话，20-40分钟就可使用。[0016] 四是电池循环使用寿命长，深度放电充电使用次数可达数万次，没有记忆效应，长期使用免维护，充放电不需要电池平衡管理系统，节约使用成本，可以称作永久电池。[0017] 五是不存在易燃易爆物质，使用安全可靠，生产无三废排放，安全环保。[0018] 六是生产成本低，其价格与铅酸电池相当，是镍氢电池的三分之一，是磷酸铁锂电池的四分之一。

[0019] 七是使用温度范围广，在-30°C-+70°C都能正常工作，受温度影响小。[0020] 八是放电电压幅度宽，放电到0V也不会影响使用寿命，这是本产品特有的性能特

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说 明 书

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点。

九是电池使用的原材料国内储备量大，生产工艺简单、组装生产方便，投资成本

低，实现产业化速度快。

[0021]

附图说明

图1为本发明的结构示意图。[0023] 其中1正极板，2负极板，3密封夹空层，4壳体， 5聚合物电解液，6海棉体。

[0022]

具体实施方式

[0024] 图1所示，为本发明一种钛材料电容电池的具体实施方案，它包括正极板1、负极板2、壳体4，所述的壳体4内设有一组或多组正负极板1、2，壳体4内注入聚合物电解液5，壳体4内留有密封夹空层3，密封夹空层3为真空层或空气层。[0025] 所述的正负极板1、2由钛粉加工成具有透气性的钛微孔板制成；或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板制成；或者由钛网片制成；或者由钛箔板片制成；或者由表面镀钛镍板片制成。

[0026] 所述的正负极板1、2之间设有海棉体或玻璃纤维隔板6，海棉体或玻璃纤维隔板6紧贴在正负极板1、2的表面。

[0027] 所述的聚合物电解液5为四氟硼酸铅溶液加入1.0-2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，其中二价铅含量20-35%，游离硼酸含量1.5-3.5%，游离氟硼酸含量1.0-1.5%；所述的聚合物电解液5中含有0.02-0.06%铁和 0.01-0.03%硫酸铅。

[0028] 所述的聚合物电解液也可以是甲基磺酸铅和甲基磺酸的混合液加入1.0-2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，混合液中甲基磺酸铅的浓度为1.0-1.8 mol/L，甲基磺酸的浓度为0.5-1.1 mol/L；所述的聚合物电解液5还加入0.03-0.06%钛酸钡和0.01-0.03%石墨烯。

[0029] 实施例1

以单格二片极板为例，用钛粉加工成具有透气性的钛微孔板或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板或者由钛网片或者由钛箔板片或者由表面镀钛镍板片制成150×150×0.8—1.2正负极板装入壳体内，正负极板之间设置海绵体，正负极板用不锈钢、镍或钛材料接出桩头做正负极引出线，壳体中注入高能和高介电常数的聚合物电解液，聚合物电解液可以是四氟硼酸铅溶液加入1.0%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，其中二价铅含量20%，游离硼酸含量1.5%，游离氟硼酸含量1.0%；所述的聚合物电解液5中含有0.02%铁和 0.01%硫酸铅。

[0030] 聚合物电解液也可以是甲基磺酸铅和甲基磺酸的混合液加入1.0%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，混合液中甲基磺酸铅的浓度为1.0 mol/L，甲基磺酸的浓度为0.5 mol/L；所述的聚合物电解液5还加入0.03%钛酸钡和0.01%石墨烯。[0031] 留有足够空间，密封抽真空，用衡压衡流充电极化，单格电压2.2V，电流1A充电一小时，用1A放电1小时。再用大电流2A充电2小时，放电电流2A，可放1小时49分钟，能量效率90.8%，达到设计要求。组装一组24V电池，容量40AH，充电电压28V，4A充电10小时，放电电流4A放9小时，能量效率90%。

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说 明 书

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实施例2

以单格二片极板为例，用钛粉加工成具有透气性的钛微孔板或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板或者由钛网片或者由钛箔板片或者由表面镀钛镍板片制成150×150×0.8—1.2正负极板装入壳体内，正负极板之间设置海绵体，正负极板用不锈钢、镍或钛材料接出桩头做正负极引出线，壳体中注入高能和高介电常数的聚合物电解液，聚合物电解液可以

是四氟硼酸铅溶液加入1.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，其中二价铅含量25%，游离硼酸含量2%，游离氟硼酸含量1.2%；所述的聚合物电解液5中含有0.03%铁和 0.018%硫酸铅。[0033] 留有足够空间，密封抽真空，用衡压衡流充电极化，单格电压2.2V，电流1A充电一小时，用1A放电1小时。再用大电流2A充电2小时，放电电流2A，可放1小时50分钟，能量效率91.7%，达到设计要求。组装一组24V电池，容量40AH，充电电压28V，4A充电10小时，放电电流4A放9.1小时，能量效率91%。[0034] 实施例3

以单格二片极板为例，用钛粉加工成具有透气性的钛微孔板或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板或者由钛网片或者由钛箔板片或者由表面镀钛镍板片制成150×150×0.8—1.2正负极板装入壳体内，正负极板之间设置海绵体，正负极板用不锈钢、镍或钛材料接出桩头做正负极引出线，壳体中注入高能和高介电常数的聚合物电解液，聚合物电解液可以是四氟硼酸铅溶液加入2.0%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，其中二价铅含量28%，游离硼酸含量2.5%，游离氟硼酸含量1.2%；所述的聚合物电解液5中含有0.04%铁和 0.02%硫酸铅。

[0035] 留有足够空间，密封抽真空，用衡压衡流充电极化，单格电压2.2V，电流1A充电一小时，用1A放电1小时。再用大电流2A充电2小时，放电电流2A，可放1小时51分钟，能量效率92.5%，达到设计要求。组装一组24V电池，容量40AH，充电电压28V，4A充电10小时，放电电流4A放9.2小时，能量效率92%。[0036] 实施例4

以单格二片极板为例，用钛粉加工成具有透气性的钛微孔板或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板或者由钛网片或者由钛箔板片或者由表面镀钛镍板片制成150×150×0.8—1.2正负极板装入壳体内，正负极板之间设置海绵体，正负极板用不锈钢、镍或钛材料接出桩头做正负极引出线，壳体中注入高能和高介电常数的聚合物电解液，聚合物电解液可以是四氟硼酸铅溶液加入2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，其中二价铅含量35%，游离硼酸含量3.5%，游离氟硼酸含量1.5%；所述的聚合物电解液5中含有0.06%铁和 0.03%硫酸铅。

留有足够空间，密封抽真空，用衡压衡流充电极化，单格电压2.2V，电流1A充电一

小时，用1A放电1小时。再用大电流2A充电2小时，放电电流2A，可放1小时50分钟，能量效率91.7%，达到设计要求。组装一组24V电池，容量40AH，充电电压28V，4A充电10小时，放电电流4A放9.1小时，能量效率91%。[0038] 实施例5

以单格二片极板为例，用钛粉加工成具有透气性的钛微孔板或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板或者由钛网片或者由钛箔板片或者由表面镀钛镍板片制成150×150×0.8—1.2正负极板装入壳体内，正负极板之间设置海绵体，正负极板用不锈钢、镍或钛材料接出

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说 明 书

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桩头做正负极引出线，壳体中注入高能和高介电常数的聚合物电解液，聚合物电解液是甲基磺酸铅和甲基磺酸的混合液加入1.0%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，混合液中甲基磺酸铅的浓度为1.0 mol/L，甲基磺酸的浓度为0.5 mol/L；所述的聚合物电解液5还加入0.03%钛酸钡和0.01%石墨烯。[0039] 留有足够空间，密封抽真空，用衡压衡流充电极化，单格电压2.2V，电流1A充电一小时，用1A放电1小时。再用大电流2A充电2小时，放电电流2A，可放1小时49分钟，能量效率90.8%，达到设计要求。组装一组24V电池，容量40AH，充电电压28V，4A充电10小时，放电电流4A放9小时，能量效率90%。[0040] 实施例6

以单格二片极板为例，用钛粉加工成具有透气性的钛微孔板或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板或者由钛网片或者由钛箔板片或者由表面镀钛镍板片制成150×150×0.8—1.2正负极板装入壳体内，正负极板之间设置海绵体，正负极板用不锈钢、镍或钛材料接出桩头做正负极引出线，壳体中注入高能和高介电常数的聚合物电解液，聚合物电解液是甲基磺酸铅和甲基磺酸的混合液加入1.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，混合液中甲基磺酸铅的浓度为1.3 mol/L，甲基磺酸的浓度为0.7 mol/L；所述的聚合物电解液5还加入0.04%钛酸钡和0.015%石墨烯。[0041] 留有足够空间，密封抽真空，用衡压衡流充电极化，单格电压2.2V，电流1A充电一小时，用1A放电1小时。再用大电流2A充电2小时，放电电流2A，可放1小时50分钟，能量效率91.6%，达到设计要求。组装一组24V电池，容量40AH，充电电压28V，4A充电10小时，放电电流4A放9.1小时，能量效率91%。[0042] 实施例7

以单格二片极板为例，用钛粉加工成具有透气性的钛微孔板或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板或者由钛网片或者由钛箔板片或者由表面镀钛镍板片制成150×150×0.8—1.2正负极板装入壳体内，正负极板之间设置海绵体，正负极板用不锈钢、镍或钛材料接出桩头做正负极引出线，壳体中注入高能和高介电常数的聚合物电解液，聚合物电解液是甲基磺酸铅和甲基磺酸的混合液加入2.0%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，混合液中甲基磺酸铅的浓度为1.5 mol/L，甲基磺酸的浓度为0.9 mol/L；所述的聚合物电解液5还加入0.05%钛酸钡和0.02%石墨烯。[0043] 留有足够空间，密封抽真空，用衡压衡流充电极化，单格电压2.2V，电流1A充电一小时，用1A放电1小时。再用大电流2A充电2小时，放电电流2A，可放1小时51分钟，能量效率92.5%，达到设计要求。组装一组24V电池，容量40AH，充电电压28V，4A充电10小时，放电电流4A放9.2小时，能量效率92%。[0044] 实施例8

以单格二片极板为例，用钛粉加工成具有透气性的钛微孔板或者由钛粉烧结加工成亚氧化钛微孔板或者由钛网片或者由钛箔板片或者由表面镀钛镍板片制成150×150×0.8—1.2正负极板装入壳体内，正负极板之间设置海绵体，正负极板用不锈钢、镍或钛材料接出桩头做正负极引出线，壳体中注入高能和高介电常数的聚合物电解液，聚合物电解液是甲基磺酸铅和甲基磺酸的混合液加入2.5%的C16H33(CH3)N+作为添加剂，混合液中甲基磺酸铅的浓度为1.8 mol/L，甲基磺酸的浓度为1.1 mol/L；所述的聚合物电解液还加入0.06%

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钛酸钡和0.03%石墨烯。[0045] 留有足够空间，密封抽真空，用衡压衡流充电极化，单格电压2.2V，电流1A充电一小时，用1A放电1小时。再用大电流2A充电2小时，放电电流2A，可放1小时51分钟，能量效率92.5%，达到设计要求。组装一组24V电池，容量40AH，充电电压28V，4A充电10小时，放电电流4A放9.2小时，能量效率92%。

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说 明 书 附 图

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图1

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