[发明专利]用于超级电容器和电池组的组合的电极及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超级电容器和电池组的组合的电极，其中该电极包括 活性结构。本发明的其他方面涉及这种电极的制造方法，以及包括至少一个这 样的电极的组合的超级电容器和电池组电池。

背景技术

电能例如可以通过电池组或通过电容器储存。电池组以化学反应能的形式 储存电能，并且电容器以电容器电极上的电荷的形式储存电能。在此，电池组 包括至少一个正电极和至少一个负电极，所述正电极和负电极借助于隔离层隔 离。由于其能量密度高，往往使用锂离子电池组，此外锂离子电池组的特点是 自放电小。在锂离子电池组中所采用的锂离子电池组电池中，在电池组充电和 放电期间锂离子从一个电极转移到另一个电极。作为电极的活性材料往往使用 能够使锂离子可逆地存入和又释放的插入材料。为了输送锂离子使用所谓的锂 离子导体。在现在使用的锂离子电池组电池中，所述锂离子电池组电池例如用 在消费领域(移动电话、MP3播放器等)中或作为蓄能器用在电动或混合动力车 辆中，锂离子导体往往是液态电解质，该液态电解质例如含有溶解于有机溶剂 中的锂导电盐六氟磷酸锂(LiPF6)。

在电池组中限制比功率输出即放电速率，亦称C-Rate(充电速率)。在电池 组以高的C-Rate放电时，该电池组还可能因为内部电流变得太高而损坏。在电 池组充电时出现相同的问题，电池组充电也只能以确定的C-Rate进行，而不损 伤电池组。C-Rate定义为最大允许的充电或放电电流除以电池组的容量。

在本申请的范围内，概念电池组或电池组电池如通常在口语中那样被使用， 就是说，概念电池组或电池组电池不仅包括一次电池组或一次电池组电池，而 且包括二次电池组或二次电池。后者亦称蓄电池或蓄电池电池。

电容器与电池组相反，可以提供非常高的充电和放电电流而不被损坏。因 此，当要求高的可靠性和很大的充电和放电电流时，电容器适宜于作为电池组 的替代品，或通过电池组和电容的并联作为其补充。

电容器包括两个以小距离彼此平行布置的电极。电介质通常位于所述电极 之间。在现有技术中已知不同结构形式的电容器，其中所谓超级电容器具有比 一般电解电容器大直至10000倍的比容量。但超级电容器只达到重量相同的电 池组容量的大约10％。在超级电容器的情况下，在两个电极之间不使用电介质。 超级电容器的结构类似于电池组，并包括两个电极，所述两个电极通过隔离层 在机械上彼此隔离并通过电解质相互电连接。通过在电容器上施加一个电压， 在电极上形成双层，其中正电荷和负电荷的各一层以镜像布置形成。此外，当 离子与电极表面直接接触和在此在该电极上放出电子时，可以形成伪容量。于 是超级电容器的总容量由双层容量和伪容量组成。

现有技术的缺点是，不存在简单的本身统一电池组特性以及电容器特性的 器件。

发明内容

提出了一种用于超级电容器和电池组的组合的电极。该电极包括活性结构， 其中该活性结构包括在平面中具有带状分割的活性材料层，其中在该平面中分 别交替地布置电容器条带和电池组条带。

电容器电极或电池组电极的活性材料分别处于活性材料层的电容器条带和 电池组条带中。相应的活性材料在制造分别交替的条带形式的电极时空间上彼 此分离地放置在活性结构的活性材料层中。

在电容器条带的情况下，使用电容器活性材料，该电容器活性材料通常包 括由石墨及其他添加物、诸如导电材料和/或电解质组成的混合物。

电池组条带含有电池组活性材料，该电池组活性材料通常包括由石墨和视 电池组条带实施为电池组的阴极或阳极而定的阴极活性材料或阳极活性材料组 成的混合物。另外，可以给电池组活性材料添加其他添加剂、例如导电材料或 电解质。