[发明专利]碱性电池负极中条形码式电容极片内置方法及混合负极

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性电池负极中条形码式电容极片内置方法及混合负极。

背景技术

电容(capacity)，其作为电能储存的器件，其有很高的功率密度，但能量密度较低。电池(galvanic element cell，cell，battery，galvanic pile)，其作为化学能储存的器件、或言之化学能转换为电能的转换器件，其有很高的能量密度，但功率密度较低。

将电容和电池组合起来，取长补短，功率密度和能量密度的互补，这是百年来、人类梦寐以求的事情；也是百年来，人类通过将电池外部并联一个电容，达到功率和能量密度“双收”、一直采用的措施之一(如中国专利局公开的申请号为200620097371.7)。

然而，电容和电池组合获得各自优点集合同时，电容和电池所表现出来的“江山易改、本性难移”的科学特征、一直是制约着人类、对其的“拉郎配”过程中所表现出来的主要科学问题之一。换言之，电容和电池组合，其科学问题表现形式为：电容坚守自身物理电荷储存随电压“水涨船高”的科学特性，电池操守自身化学反应提供电荷的科学特性；这种电容和电池恪守各自科学行为准则的矛盾，为人类根据自身需要，强行将二者组合到一起过程中、所遇到的主要科学问题之一。

该科学问题、百年来一直以“三个节点”的形式来表现其具体指标，即人类目前不能超过1.9V、2.5V和4.6V三个节点。20年前，对于水性电解质电池，当人类将电容器与电池外部直接并联时，由于电容和电池等势点(电势相等的点)客观存在性，电压超过1.9V，碱性单电池中电解质的水已经开始分解；电压超过2.5V，酸性单电池中电解质的水的分解已经达到(热)失控状态；近20年，对于诸如锂离子二次电池这类非水电解质电池的兴起，人类所开创的非水电解质电池可实际应用的电化学窗口承受的电压不超过4.6V，若超过4.6V，电解质会失效。而对于被人类组合到一起的电容而言，其电压可连续攀高、由此储存更多电能的功能特性，受到此电池电压的限制，已失去“表现的机会”。

人类中的“智者”一直尝试将电容和电池“本性难易”的“天性”转化为“禀性”。通过电容和电池“外并”方法将“天性”转变为“禀性”尝试后，进入本世纪的人类，开始尝试采用在将电容或电容材料在电池内部实行“内并”或“连体婴儿式”的“杂交”或“杂化”手段；然而，这种努力至今仍未突破“1.9V、2.5V和4.6V三个个节点”限制。这也是一部分学者认为“该三个节点是存在于电池电容组合科学问题之中技术壁垒”的主要原因。据此有人担心，人类几十年来一直不能逾越该壁垒，未来10年内，难以逾越该技术壁垒的风险仍然存在。

以往，人们只能将电池外并一个电容、客气的称为“电池电容的组合体或组合模块”；上世纪末，加拿大和美国的同行、将电容材料安插到电池内部、起了一个名为Ultrabattery新名字(英文直译为“超电池”)，对Ultrabattery追根溯源，名字的最初内涵为将活性炭等电容器材料通过碳毡等载体植入到铅酸电池中，从该英文命名和名字来源显见：Ultrabattery这种“超电池”，本质上还是电池；其中“超(Ultra-)”表现在“将电容的材料和器件植入到酸性电池中”。

进入到本世纪，锂离子电池和碱性电池中金属氢化物-镍电池(简称镍-氢电池，以下同)效仿“铅酸电池中植入电容的材料和器件”的案例急剧增加，其中锂离子电池增加数量最快。为了与原有的锂离子电池等区别，中国人命名为“电容电池”，按照汉语习惯，该中文名字的主体也是电池，其中“电容”仅仅作为限制性成分。

然而，中文中的“电容电池”，掺杂缩略语习惯后，“电容”和“电池”并列程度过高，不如Ultrabattery揭示其本质是电池的命名准确。尤其是这种命名，表观上反映出对电容和电池各自禀性的“重视”态度，本质上或多或少表现出缺少科学精神；这为一些具有商业炒作嫌疑的宣传、鉴定提供了“电容电池”一词随意滥用的机会；更不该发生的事情是：一些中文专利或发表的研究论文中，对“电容电池”一词的概念界定不清或根本不做界定，给中国电源行业带来一定的混乱，也形成一定程度的误导。

电源行业和电子电路行业同行周知：电容器在电路中的天然本性之一是：在电路中阻断直流。电池和电容如果作为直流电源，这一本性使得人类无法实现电容器极片与电池的极片在电池内部串联；而将电容器的极片与电池的极片在电池内部并联，站在空间占用率的角度，前者并不比电池外部直接并联电容器有任何优势。其中原因之一为电容器集流体并未减少。