[发明专利]集成能量和功率装置

权利要求书

1.一种锂离子能量和功率系统，其包括：

壳体，所述壳体内含有：

至少四个电极，其包括：

至少一个第一电极，所述至少一个第一电极包括阴极法拉第能量储存材料；

至少两个第二电极，每个第二电极包括阳极法拉第能量储存材料；和

至少一个第三电极，所述至少一个第三电极包括阴极非法拉第能量储存材料，其中所述至少一个第一电极与所述至少两个第二电极中的一个第二电极相邻，所述至少一个第三电极与所述至少两个第二电极中的另一个第二电极相邻，并且所述至少两个第二电极彼此相邻但彼此电学隔离；

位于各个相邻电极之间的隔膜；和

在各个相邻电极之间的液体电解质。

2.如权利要求1所述的系统，其中，在所述第一电极中的阴极法拉第能量储存材料包括锂过渡金属络合物，在所述第二电极中的阳极法拉第能量储存材料包括具有1至500m²/g的低表面积的嵌入式硬碳或石墨，并且在所述第三电极中的阴极非法拉第能量储存材料包括具有800至3000m²/g的高表面积的碳。

3.如权利要求1所述的系统，其中：

所述阴极法拉第能量储存材料为锂过渡金属络合物，所述锂过渡金属络合物选自：LiCoO₂、LiMn_1.5Ni_0.5O₄、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiNiMnCoO₂、LiNiCoAlO₂或其混合物；

所述阳极法拉第能量储存材料选自：硅纳米颗粒；多孔硅；锡纳米颗粒；石墨烯；钒氧化物来源的化合物；碳纳米管；钛氧化物来源的化合物；锗；锑；石墨碳；硬碳；或其混合物；并且

所述阴极非法拉第能量储存材料选自：表面积为800至3000m²/g的活性碳并且活性碳在至少一个第三电极中占总活性材料的51至100重量％；活性碳与石墨的混合物；活性碳与硬碳的混合物；或它们的混合物。

4.如权利要求1所述的系统，其中，阴极法拉第能量储存材料、阴极非法拉第能量储存材料以及阳极法拉第能量储存材料包括具有由式C’/S\A\S\A\S/C表示的相对空间关系的部件：

其中，“C”为法拉第阴极，“C’”为非法拉第阴极，“/”为单侧涂层，“/C/”为在两侧上涂布了的法拉第阴极，“S”为隔膜，以及“\A\”为在两侧上涂布了的法拉第阳极。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少四个电极中的至少两个包括多个阴极法拉第能量储存材料电极和多个阴极非法拉第能量储存材料电极，其中，阴极法拉第电极的数目与阴极非法拉第电极的数目之比为0.01至50。

6.如权利要求1所述的系统，其还包括用于每个电极的外部连接器，或者用于两个或多个相同电极的每个组的外部连接器。

7.如权利要求6所述的系统，其还包括连接至每个电极或两个或多个相同电极的每个组的每个外部连接器的外部开关。

8.如权利要求1所述的系统，其中，将阳极法拉第能量储存材料涂布在铜箔集流器上，并且将阴极法拉第能量储存材料和阴极非法拉第能量储存材料各自分别涂布在铝箔集流器上。

9.如权利要求1所述的系统，其中，电解质选自以下至少一种：在非水性溶剂中的LiPF₆；鎓盐和非水性溶剂；或其组合。

10.如权利要求1所述的系统，其中，电解质包括季铵阳离子和四氟硼酸根阴离子以及选自以下至少一种的非水性溶剂：腈、烷基酯、砜、醚、碳酸二亚烃酯、氟化碳酸二亚烃酯或其混合物。

11.如权利要求10所述的系统，其中，非水性溶剂为碳酸二烷基酯。