將使用鋰離子的電容器和鋰離子電池進行組合，其中通過共同的非水電解質(zhì)在共同的緊密配合的貯袋中組裝電化學電容器和具有類似層式結(jié)構(gòu)的蓄電池，并電互連為混合電容器-蓄電池，適用于向需要電負載的設(shè)備提供平衡的能量和電源。

背景技術(shù)：

電力驅(qū)動的機動車輛使用多單元電池來提供電能，以提供電力來驅(qū)動車輛并向多個車載設(shè)備提供電能。包括多個鋰離子電化學單元的蓄電池是此類電動力源的實例。并且此類蓄電池在多種非汽車應(yīng)用中使用。

在一些應(yīng)用中，將鋰離子電池與電容器組合可能有用。例如，可以在車輛制動期間對此類電容器充電，并且存儲的電荷被用來對鋰離子電池的單元再充電。

針對鋰離子電池和這種電容器的相互互連和相互作用中的效率，需要共同封裝和將單元用于鋰離子電池和這種電容器的實踐。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

普遍認為，有這樣一些在電驅(qū)動的機動車輛中(以及在許多非汽車應(yīng)用中)的應(yīng)用，其中適合的含鋰電容器結(jié)構(gòu)和適合的鋰離子電池結(jié)構(gòu)可以彼此接近地放置(而非物理地分離)，如放置在共同的緊密配合的貯袋或類似的容器中，并且有效地共享共同容量的鋰離子傳導電解質(zhì)，適量的電解質(zhì)組分均用于兩個設(shè)備。因此提供了電容器和蓄電池的混合組合。此外，電容器和蓄電池各自構(gòu)成、成形、構(gòu)造為以物理間隔開的布置緊密封裝在柔性貯袋中，以使它們以dc串聯(lián)或者dc并聯(lián)的方式電連接至外部設(shè)備。

此處電容器包括(1)雙電層電容器(eldc)、(2)超級電容器以及(3)混合電容器。eldc型電容器是基于電極的表面上的雙電層的形成，其中電解質(zhì)的陽離子與陰離子在兩個電極的表面上均形成亥姆霍茲(helmholz)層。在單元充放電期間，電解質(zhì)中的諸如鋰陽離子的正離子吸附在一個電極上，而諸如(pf6^-)的負離子、陰離子吸附在另一個電極上?；镜姆椒槲胶兔摳?，該方法實現(xiàn)了更快的充電和放電速度。超級電容器利用雙電層電容與氧化還原電容的混合，其中復合電極材料被制備為由多孔碳和細金屬顆粒組成。提出混合電容器(或不對稱超級電容器)以在兩個電極，陽極和陰極處使用不同的材料來獲得高電容和高能量密度，例如陽極處的石墨化碳和陰極處的活性炭，其中會在陽極處發(fā)生li⁺的嵌插/脫嵌并在陰極處發(fā)生雙電層的形成。

在鋰離子電池單元中，在單元放電期間，負電極(陽極)釋放鋰離子(脫嵌鋰離子)，并且正電極(陰極)吸附鋰離子(嵌插鋰離子)。負電極向外部電路釋放電子，并且正電極接收它們。對蓄電池進行充電時，出現(xiàn)逆電化過程。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電容器和蓄電池具有類似的或互補的形狀，使得它們能夠緊密地配合在具有用于與外部設(shè)備電連接的外部端子的柔性貯袋中。單獨的電容器和鋰離子電池單元結(jié)構(gòu)與它們的共同的鋰離子輸送電解質(zhì)的緊密接近將它們的尺寸最小化、簡化了電連接，并促進它們向附近的電負載提供電能的相互作用。

在示例性實例中，混合電容器和蓄電池組合的每個正負電極元件可以制備成具有適合的預定側(cè)面和厚度尺寸的矩形形狀，用于在操作單元中組裝互補的混合元件。用于電容器和蓄電池的每個正負電極的預成形集電器箔可以用作用于應(yīng)用相應(yīng)的樹脂結(jié)合的、顆粒型活性電極材料的多孔層的基底。這種集電器箔通常是平坦的，并且尺寸設(shè)計為用于在箔的每一側(cè)(每個主面)涂覆或沉積選擇的多孔顆粒電極材料的合適的樹脂粘結(jié)層的面積合適的相對的矩形表面(面)。集電器箔可具有從一側(cè)延伸的用于電極材料與其他電極或與外部電路的電連接的未涂覆的接線片。

用于電容器的合適的顆粒型陽極材料的實例包括石墨、活性炭和含鋰鈦氧化物和磷酸鹽。合適的陰極材料的實例包括某些鋰-金屬氧化物和磷酸鹽、活性炭、石墨和將在以下的本說明書中認定的另外的材料。通常，如果需要，將相應(yīng)的活性電極材料以顆粒形式與適合的粘結(jié)劑一起施涂到相容的集電器箔的相對面上。在“濕式涂覆法”中，將聚合物粘結(jié)劑分散在液體載體或溶劑中，并作為涂層施涂到活性電極顆粒上。將濕混合物施涂到集電器箔的主要相對表面，并且如果必要，則移除液體載體、固化粘結(jié)劑，以在集電器的主要相對表面上形成電極材料的均勻多孔層。在另一種方法中，通過使用大氣等離子體方法和裝置來活化和噴涂顆粒，可以將電極材料和粘結(jié)劑的顆粒作為多孔層沉積在集流體表面上。

確定電容器的電極材料層的厚度(其通常在約100-200微米的范圍內(nèi))以提供用于滲入鋰離子傳導電解質(zhì)的多孔電極層，以向電容器提供合適的鋰離子的輸送性能。電解質(zhì)通常通過將適合的鋰鹽溶解在非水溶劑中形成，其中形成鋰陽離子和互補陰離子并且通過液體溶劑輸送，用于混合布置中的電容器和相鄰鋰電池單元的操作。

多孔隔膜，適合為薄多孔聚合物隔膜，用于覆蓋和物理地分離電容器單元中的相對電極材料的類似形狀的面層。這可以通過不同的方式來完成。例如，當相應(yīng)的多孔顆粒型電極層已經(jīng)形成在它們的矩形集電器膜的兩側(cè)上時(例如通過“濕法”)，可以圍繞相對的正負電極材料層的面對表面來回地小心地卷繞具有適合的寬度和長度的共同延伸的多孔隔膜條帶。在該實踐中，交替的陽極和陰極電容器電極的堆疊中的每個電極層的兩個表面被多孔隔膜覆蓋。因此，每個矩形電容器電極元件的兩側(cè)均覆蓋有多孔隔膜層。所得到的電極和隔膜層的堆疊可滲有液體電解質(zhì)，以填充陽極和陰極電極材料層的孔以及卷繞的隔膜層的孔。

可以使用類似的方法來制造互補鋰電池。用于電池單元的適合的顆粒型陽極材料的實例包括石墨、活性炭和含鋰鈦的氧化物和磷酸鹽。合適的陰極材料的實例包括某些鋰-金屬氧化物和磷酸鹽、活性炭、石墨和將在以下的本說明書中認定的另外的材料。

確定蓄電池的電極材料層的厚度(其通常在約100-200微米的范圍內(nèi))以提供用于滲入鋰離子傳導電解質(zhì)的多孔活性電極材料層，以向蓄電池和電容器提供適合的鋰離子的輸送性能。

將多孔隔膜，適合為多孔聚合物隔膜，作為單獨的元件放置或卷繞為蓄電池的單元的相對電極之間的連續(xù)條帶層。

在用于電容器的電極材料和電池單元元件已經(jīng)適合地涂覆或沉積在多孔層上并適合地粘結(jié)到它們各自的集電器箔之后，完成用于形成層式電容器單元和電池單元的元件的組裝，用于放置在適合的貯袋或其它模塊容器中。電容器和鋰離子電池可以具有多層電極材料(具有插置的和外部多孔隔膜或隔膜層)，并各自帶集電器。在每個電容器和蓄電池的端部處的電極元件的外表面通常被多孔隔膜層覆蓋。集電器被適合地連接，使得電容器和鋰離子電池元件各自具有用于每個貯袋或類似容器的兩個端子。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電容器元件和鋰離子單元元件兩者的尺寸和形狀均相同的元件的組件被放置(例如并排)在貯袋中，但是電容器的面對電極表面被多孔隔膜層覆蓋，相鄰蓄電池的鄰近面對電極表面也一樣。所以電容器和蓄電池的面對表面通過至少它們各自的隔膜材料的存在而彼此物理地分離。在該組裝結(jié)構(gòu)中，一個或多個隔膜層可以用于分離電容器和蓄電池。電容器和蓄電池的基本平坦的表面之間的合適的間隙或間隔在約0.01mm至約10mm的范圍內(nèi)。如上所述，電容器和鋰離子單元的電極元件以及它們各自的隔膜的孔滲有共同的鋰離子輸送非水鋰電解液。

在對示例性電容器和蓄電池構(gòu)造及它們在合適容器中的放置的更詳細描述之后，將進一步理解本發(fā)明的其它方面和特征。

附圖說明

圖1是用于鋰離子電池單元的正電極、卷繞的多孔隔膜層，和放置在具有正電極的共同貯袋中的電容器的負電極、卷繞的多孔隔膜層以及負電極的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。在實踐中，每個電容器和鋰離子電池可以具有沉積在集電器箔上的多個電極材料層單元，在單元的每個陽極和陰極層之間具有多孔隔膜。蓄電池和電容器的正電極的集電器接線片將在它們各自的正端子處適合地互連，并且蓄電池和電容器的負電極的集電器接線片將同樣在它們各自的負端子處連接。在圖1中通過僅描繪每個電容器單元和鋰離子電池單元的電極和隔膜元件的集合中的一個來簡化電容器和鋰離子電池的圖示。將電容器的電極和鋰離子電池單元的電極及它們各自的隔膜浸漬在共同的液體電解質(zhì)溶液中。

在圖1中，移除了貯袋的一側(cè)以示出電容器和鋰離子單元的層式結(jié)構(gòu)及它們的共同電解質(zhì)溶液的橫截面?zhèn)纫晥D。相應(yīng)的電極材料已經(jīng)作為多孔、厚度均勻的顆粒層被施涂到金屬集電器箔上。相應(yīng)的隔膜已經(jīng)被施涂并卷繞來覆蓋每個電極元件的兩個表面。每個電極是薄的矩形體。集電器箔具有的連接器接線片從它們的上側(cè)延伸并且被布置用于在電容器及其相關(guān)聯(lián)的鋰離子電池單元的混合組合之間的串聯(lián)式電連接。在圖1的串聯(lián)型連接中，存在四個分離的集電器引線，其延伸穿過貯袋的頂部，表示混合電容器和鋰離子電池的四個端子。

圖2是電容器和鋰離子單元與它們共同的電解質(zhì)溶液的混合組合的簡化的示意性橫截面?zhèn)纫晥D，其中移除了貯袋狀容器的一部分，類似于圖1。在該混合組合中，電容器和鋰離子單元以這樣的布置定位在共同的貯袋中，在該布置中，電容器和鋰離子單元處于電dc并聯(lián)以用于將電力共同遞送到外部電路。在圖2中，只有兩個端子穿過貯袋的頂部露出，因為電容器和蓄電池的正電極接線片已經(jīng)在貯袋內(nèi)連接為具有它們的負電極接線片。

圖3是類似于在圖1中的12或圖2中的112處以側(cè)視圖示出的九層電容器結(jié)構(gòu)的放大示意性側(cè)視圖?？梢砸灶愃频姆绞绞境鲣囯x子電池結(jié)構(gòu)，例如圖1中的14或圖2中的114。在該實施例中，隔膜26已經(jīng)卷繞成z形構(gòu)造(從電容器的接線片側(cè)觀看)以位于正電極材料20和負電極材料24的面對表面之間，并且覆蓋兩種電極材料的相對面(或圖示中的外部面)。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的實踐，制備由電容器和鋰離子電池組成的混合電化學單元組合，制造、組織并組裝電容器和鋰離子電池以提供平衡的能量-電源性能。電容器和蓄電池都將吸附或嵌入鋰離子，并且電容器和蓄電池均將在共同柔性貯袋或其它適合的容器中緊密間隔開。通常，用于電容器和蓄電池的電極元件可以使用類似的或共同的電極制備和隔膜制備方法及加工設(shè)備來制備和組裝。如上所述，可以在金屬箔集流器的選定表面區(qū)域上涂覆或沉積均勻的顆粒型電極材料層?？梢栽谶B續(xù)的或互補的步驟中在集電器上形成電極層，以適應(yīng)在相容的隔膜的相對側(cè)上的正負電極的組裝。具有適合高度的長多孔聚合物隔膜可以在正負電極元件的堆疊之間來回卷繞(例如，z型繞組)，以便完全覆蓋每層電極材料。可以使用將隔膜放置或繞組在電極的面上的其它方法。因此，可以單獨但同時制備用于電容器和鋰離子單元的隔膜-正電極-隔膜-負電極-隔膜結(jié)構(gòu)，用于組裝到貯袋中并用共同體積的非水鋰離子傳導電解質(zhì)來滲入。

旨在使用于電化學電容器正負電極的選定的電極材料制備成微米級顆粒，用于沉積在相容的金屬集電器箔或片的一側(cè)或兩側(cè)上。在本發(fā)明的一個實施例中，活性電極顆粒可以，例如使用適合的聚合物粘結(jié)劑樹脂，例如聚偏二氟乙烯聚合物(pvdf)或適合的低熔點粘結(jié)劑金屬組合物被涂覆并沉積在集電器的表面上(或多孔隔膜的表面)。在本發(fā)明的其它實施例中，電極材料的顆粒通常涂覆有適合的聚合物粘結(jié)劑材料的溶液或分散體，并在通常厚度均勻的多孔層中輥壓、鋪展或以其它方式作為電極層施涂到集電器箔的主表面(例如，濕法)。用于電容器和鋰離子單元的電極材料可以單獨地制備并沉積在所選擇的單元基板上，用于與多孔隔膜組裝成鋰離子單元和電容器，并且與共同的鋰離子輸送電解質(zhì)一起放置在貯袋或者其他容器中。

用于沉積為用于電容器的陰極(正電極)顆粒的適合的鋰吸附材料包括：

活性炭。

金屬氧化物mox，其中m是pb、ge、co、ni、cu、fe、mn、ru、rh、pd、cr、mo、w和nb中的一種或多種。

鋰金屬氧化物包括：lixmo2，其中m是co、ni、mn、cr或v。

lixm2o4，其中m是co、ni、mn、cr或v。

lixniym1-yo2，其中m是fe或mn。

lini1-x-y-zcoxmlym2zo2，其中m1、m2是選自al、ni、co、fe、mn、v、cr、ti、w、ta或mo的不同金屬。

limn2-xmxo4，其中m是co、ni、fe、cu、cr、v中的一種。

linivo4、linbo3、lifepo4、liti2(po4)3或li3v2(po4)3中的一種。

limpo4，其中m是ti、ge、zr、hf中的一種。

li3fev(po4)3、lifenb(po4)3、li2fenb(po4)3、lixfeymn1-ypo4、limsio4(m＝mn，fe)、lixfe2(wo4)3、lixfe2(so4)3和lifeo2中的一種或多種。

金屬硫化物：nis、ag4hf3s8、cus、fes和fes2。

聚合物例如：聚(3-甲基噻吩)、聚苯胺、聚吡咯、聚(對亞苯)或多并苯。

如本說明書中進一步描述的，用于電容器的陰極顆粒通常沉積在鋁集電器箔上。

用于沉積為用于電容器的陽極(負電極)顆粒的適合的材料包括：

li4ti5o12、liti2o4、licrtio4、liti2(po4)3和石墨或活性炭。

用于電容器的負電極材料優(yōu)選沉積在銅集電器箔上。

適合的隔膜是例如形成為聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的多孔層。

在它們的電極和隔膜組裝并用電解質(zhì)溶液填充它們的孔之后，混合電容器和蓄電池形成循環(huán)，然后再脫氣?？梢允褂眠m合的電極材料顆粒涂覆或施涂方法來優(yōu)化涂覆在各個集電器箔上的電極材料層的表面積，并且還可以控制各個電極的孔隙率，以便改善混合電容器-蓄電池的能量和電池性能。

這種電容器-電池單元混合組合的鋰離子電池單元組件可以由類似的集電器箔和類似的多孔隔膜材料形成。

用于鋰離子單元的適合的陰極顆粒材料(正電極)的實例包括鋰錳氧化物尖晶石(limno4)、鋰錳鎳鈷氧化物、鋰鈷氧化物、鋰鎳鋁鈷氧化物、磷酸鐵鋰和其它鋰氧化物和磷酸鹽。

用于鋰離子電池的顆粒型陽極材料(負電極)的實例包括鈦酸鋰尖晶石(li4ti5o12)、石墨、活性炭和硅基材料，例如硅、硅基合金、siox、硅-錫復合材料和鋰-硅合金。

用于電容器單元和鋰離子電池單元的共同電解質(zhì)可以是溶解在一種或多種有機液體溶劑中的適合的鋰鹽。鹽的實例包括六氟磷酸鋰(lipf6)、四氟硼酸鋰(libf4)、高氯酸鋰(liclo4)、六氟砷酸鋰(liasf6)和三氟乙磺酰亞胺鋰?？捎糜谌芙怆娊赓|(zhì)鹽的溶劑的一些實例包括碳酸亞乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸亞丙酯。還可以使用其它鋰鹽和其它溶劑。但是，在電容器單元和鋰離子電池單元的混合組件的兩個部件的操作中，選擇鋰鹽和非水液體溶劑的組合以提供鋰離子在相對電極之間的適合的移動和輸送。并且鋰鹽能夠在電解質(zhì)溶液中形成適量的陽離子和陰離子，用于在它們的共同的容器中共享共同電解質(zhì)溶液的鋰離子單元和電容器兩者的操作。

將電解質(zhì)溶液小心地分散到電容器單元和電池單元中的每一個的電極元件和隔膜層的緊密間隔的層中和之間。

如上所述，在本說明書中，薄多孔隔膜層插置在負電極材料層的主外部面和電容器和電池單元中的每一個的正電極材料層的主外部面之間。多孔隔膜可以由多孔膜或適合的聚合物材料或陶瓷的多孔交織纖維或填充有陶瓷顆粒的聚合物材料形成。在混合電容器和間隔開的鋰離子電池單元的組裝中，多孔隔膜層填充有含鋰離子的液體電解質(zhì)，并且能夠在多孔電極元件之間傳輸鋰離子。但是隔膜層用于避免每個單元中的每個負正電極材料層之間的直接電接觸，并且其形狀和尺寸設(shè)計為用于實現(xiàn)該功能。

圖1是電化學電容器12、鋰離子電池單元14、共同電解質(zhì)溶液44和聚合物涂覆的鋁箔貯袋16的元件的含貯袋組件10的橫截面示意圖，該含貯袋組件10容納用于彼此電串聯(lián)連接和/或與電路的其它元件電串聯(lián)連接的組合電容器和單元元件。例如，鋁箔貯袋的內(nèi)表面涂覆有薄聚丙烯層，并且鋁箔的外層涂覆有尼龍或聚對苯二甲酸乙二醇酯。貯袋16的包括其側(cè)面的閉合接縫的一側(cè)在圖中已被切除以示出電化學電容器12和鋰離子電池14的相對位置。右側(cè)電容器隔膜26(如圖1所示)的扁平矩形外表面大致平行于左側(cè)電池隔膜38的扁平矩形外表面。優(yōu)選地，這些大致平坦的矩形隔膜表面26、38以在0.01mm至10mm的范圍內(nèi)的小距離間隔開。

每個電容器可以由若干層正電極、負電極形成，卷繞插置的隔膜層如下面段落所述制備而成。帶相同電荷的電極層通過在它們的集電器上的接線片分別在用于電容器的正端子和負端子中連接。用于正負電容器電極組的正負接線片可以根據(jù)需要與電路中的其它設(shè)備連接。鋰離子電池也通常由連接到正端子的許多正電極和連接到負端子的許多負電極形成。圖1和圖2的圖示已經(jīng)被簡化以描繪用于電容器12和鋰離子電池14的單組電極。

所示的電化學電容器12包括正電極，在該實例中，正電極包括具有從其頂側(cè)延伸并穿過貯袋16的重疊表面的連接器接線片18’的矩形鋁箔集電器18。電容器的正電極還包括已涂覆在鋁箔集電器18的每個面上的活性正電極材料20的多孔顆粒層。用于電容器的正電極材料可以例如包括活性炭的樹脂粘結(jié)顆粒的適合的多孔層。例如，聚偏二氟乙烯聚合物(pvdf)可以用作粘結(jié)劑樹脂。集電器箔18的厚度可以是例如大約十微米，并且箔的側(cè)面的長度可以例如在75mm至100mm的范圍內(nèi)，不包括接線片18’(也用作該圖中的端子)。根據(jù)電極的電化學要求，正電極材料20的多孔層的厚度可以是例如約10至500微米，并且被施涂以基本上覆蓋集電器箔18的矩形面，但不覆蓋接線片18’。

電化學電容器12包括負電極，在該實例中，負電極包括具有從其頂側(cè)延伸并穿過貯袋16的重疊表面的連接器接線片22’的矩形銅箔集電器22。電容器的負電極還包括已沉積在銅箔集電器22但不是接線片22’的每個面上的電極材料24的多孔顆粒層。用于電容器的負電極材料也可以是例如活性炭。銅集電器箔22的側(cè)長和厚度適合地與正電極集電器箔的尺寸相同。負電極材料24的多孔層可以是例如具有與正電極材料的厚度互補的厚度，并且被施涂以基本上覆蓋集電器箔22的矩形面，但不覆蓋接線片22’。

如圖1所示，多孔聚合物隔膜層26已經(jīng)圍繞正電極層20和負電極層24的外表面和在它們之間卷繞。多孔隔膜26可以由例如聚乙烯纖維形成。隔膜26具有二維形狀和厚度。多孔隔膜26的寬度或高度適于覆蓋和分隔各個電極材料層的整個外表面。多孔隔膜26的長度足以卷繞并覆蓋其單元或組中的每個電極元件的外表面。在圖1中(并且在圖3中進一步示出)，隔膜26已經(jīng)在每層陰極電極材料的兩個外表面周圍卷繞成z型繞組(從電極堆疊的頂側(cè)觀看)。

如圖1所示，正電極材料20的一側(cè)的外表面緊靠多孔隔膜層26的一個面放置，并且負電極材料24的一側(cè)的外表面壓靠多孔隔膜26的面。隔膜層26也已經(jīng)圍繞各個陰極電極層20、24的側(cè)邊緣卷繞，以覆蓋它們的外表面，如圖3所示。在圖1的橫截面圖中未示出電極層的邊緣處的卷繞隔膜26的部分。在該實例中，隔膜的矩形形狀被確定為覆蓋各個電極材料20、24的接觸表面并物理地分離它們。多孔隔膜26的形狀和厚度還用于保持用于通過電容器的電極層20、24進行鋰吸附和脫附的液體電解質(zhì)。在組裝的設(shè)備中，電極材料20、24的孔以及隔膜層26的孔滲有液態(tài)鋰離子傳導電解質(zhì)44。

液體電解質(zhì)44緊密地分散在多孔電極層中以及組裝的電容器12和蓄電池14中的每一個的隔膜的孔中。在電容器12中，鋰陰離子和相應(yīng)的陽離子(來自溶解的鋰電解質(zhì)鹽)在電極材料20和24之間通過液體電解質(zhì)44輸送。

鋰離子單元或蓄電池14的結(jié)構(gòu)類似于電容器12的結(jié)構(gòu)，并且蓄電池14的相應(yīng)集電器箔、電極材料層和隔膜的輪廓大小和厚度比得上電容器12的類似的結(jié)構(gòu)元件。但是電極材料可以不同并且電化學反應(yīng)不同。

在該實例和簡化的圖示中，蓄電池14包括鋁正電極集電器箔30，其具有延伸穿過重疊貯袋材料16的連接器接線片30’。在鋁集電器箔30的兩個主面上形成沉積的正電極層32。用于蓄電池14的正電極材料32例如可以是lifepo4的樹脂結(jié)合顆粒，更優(yōu)選地，limn2o4的樹脂結(jié)合顆粒。具有接線片34’的銅負電極集電器箔34通過負電極材料層36涂覆在其兩個主面上。負電極材料36的顆粒層優(yōu)選包括li4ti5o12的樹脂粘結(jié)顆粒?；蛘撸撾姌O材料可包括活性炭的顆?；蚧钚蕴康臉渲辰Y(jié)顆粒。面對的正電極材料32和負電極材料36的多孔層由多孔聚合物隔膜38保持分開。在該圖示中，多孔聚合物隔膜38圍繞相應(yīng)的電池電極元件卷繞，以便覆蓋各個電池電極材料32、36的每個表面，以將它們隔離而不與另一電極表面形成物理接觸。放置的和組裝的電容器隔膜層26和電池隔膜層38具有大致平行的表面，當它們緊密地放置在一起時，它們用于分隔電容器12和蓄電池14(例如，隔膜表面26、38以0.01至10mm的間隙間隔開)。

在放置在貯袋16中的組裝電池14中，隔膜層38和電極層32和36的孔用常見的適合的非水鋰離子傳導電解質(zhì)44來填充。電解質(zhì)44可以例如包括溶解在碳酸亞乙酯(ec，環(huán)狀碳酸酯)、碳酸二乙酯(dec)和碳酸乙甲酯emc(1∶1∶1體積比或百分比)的混合物中的1m六氟磷酸鋰(lipf6)作為溶劑。

在圖1中，用于電容器12的集電器接線片引線18’和22’以及用于蓄電池14的集電器接線片引線30’、34’各自延伸穿過鄰接的貯袋狀材料，并且被定位用于串聯(lián)電連接。貯袋狀材料中的接線片引線18”、22’、30’和34’的錨定有助于保持電容器12和蓄電池14之間的小間隔。在典型的混合電容器中，這些集電器引線將是用于貯袋16中的串聯(lián)連接組件的四個接線柱。這種布置提供了電容器電極和蓄電池電極彼此之間以及與電力需求系統(tǒng)的其它元件互連的許多可能性。電容器12和鋰離子電池14之間的電連接可以例如通過dc-dc轉(zhuǎn)換器。這種類型的電互連可以使電容器12能夠存儲能量，例如當機動車輛制動時，并且隨后在車輛起動或加速期間將能量釋放到相鄰的鋰離子電池14。

圖2示出了電容器112、蓄電池114和共同電解質(zhì)溶液144的含貯袋組件110，其被布置和定向在貯袋116中，用于電容器112和蓄電池114之間的并聯(lián)電連接。再次，在該簡化圖示中，對于電容器112和蓄電池114中的每一個僅示出單個正電極結(jié)構(gòu)和負電極結(jié)構(gòu)。在實踐中，電容器和蓄電池將各自包括許多連接的正電極，其中集電器接線片連接在單個正端子中，并且許多負電極具有電連接在單個負端子中的集電器接線片。

在該實例和圖示中，電容器112的電極和隔膜在形狀和組成方面可以與如圖1所示的電容器12的相應(yīng)元件基本上相同。蓄電池114的電極和隔膜在形狀和組成方面可以與如圖1所示的蓄電池14的相應(yīng)元件基本上相同。再次，電容器112和蓄電池114的隔膜層126、138的面對平行表面以0.01至10mm范圍內(nèi)的距離間隔開。因此，圖2的相應(yīng)集電器箔、電極層和隔膜相對于圖1的相同部分由標識為xx或xx’的數(shù)字1xx(或1xx’)來標識。

圖1和圖2之間的主要區(qū)別在于電容器112和蓄電池114被布置和定向在貯袋116中，用于電容器112和蓄電池114之間的并聯(lián)電連接，以及用于與這些組合元件和需要電源的設(shè)備外部貯袋116的串聯(lián)連接。因此，電容器112的正電極接線片118’和蓄電池114的正電極接線片130’作為延伸穿過貯袋116的頂部的單個正(+)端子140連接。在類似的布置中，電容器112的負電極接線片122’和蓄電池114的負電極接線片134’作為延伸穿過貯袋116的頂部的單個負(-)端子142來連接。

因此，在電容器112和蓄電池114的電極的并聯(lián)連接布置中，兩個部件可以被設(shè)計成在共同電壓窗口中操作并且在它們的共同電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)更高的功率。

圖3中示出了組裝的電容器。在圖3中，電容器由數(shù)字12標識，因為其旨在以透視圖示出圖1和圖2中以側(cè)面剖視圖示出的電容器結(jié)構(gòu)。如圖3所示，從頂表面以向下的順序描述，九層電容器12包括卷繞的隔膜層26的一部分、正電容器電極材料的多孔層20(例如樹脂粘結(jié)的活性炭顆粒，具有其未涂覆的連接器接線片18’的鋁正電極集電器箔18、相對層的多孔正電極材料20、多孔隔膜層26的另一部分、一層多孔負電容器電極材料24(例如，樹脂結(jié)合的活性炭顆粒)、具有其未涂覆的連接器接線片22’的銅負電極集電器箔22、相對層的多孔負電極材料24和卷繞的隔膜層26的另一部分。可以看出，正電極材料20層和負電極材料24層抵靠多孔隔膜26的相應(yīng)面。在電容器12的制造中，隔膜26可以已經(jīng)卷繞在各個電極層20、24周圍?；蛘唠姌O材料可以已經(jīng)涂覆在隔膜表面上或沉積在隔膜表面上(例如通過大氣等離子體)。

當電容器12已經(jīng)與類似形狀和類似制造的蓄電池(例如，蓄電池14)一起組裝在適合的容器(例如貯袋16)中時，電容器和蓄電池都將適當?shù)貪B有共享的鋰離子輸送電解質(zhì)。

在上述電極制造方法中，將顆粒型陰極材料涂覆在鋁集電器箔的兩側(cè)上以形成電容器陰極、將顆粒型陽極材料涂覆在銅集電器箔的兩側(cè)上以形成電容器陽極。然后通過圍繞電容器陰極的兩個電極材料表面和電容器陽極的兩個電極材料表面來卷繞多孔聚合物隔膜層以完成電容器單元的組裝。使用適合的電極材料的類似的制備方法可以用于制造和組裝用于混合組合的鋰離子電池單元。

然后將合并的組件的多孔元件在真空下用適合的鋰-陽離子和含互補的陰離子的電解質(zhì)溶液滲入或浸漬。并且組合的電容器和電池元件可以針對它們各自的電化學功能被充電或以其它方式制備。

因此，已經(jīng)提出了用于制備包含鋰離子電容器和蓄電池的方法的具體實施例，所述電容器和蓄電池用于組裝到共同的容器中以用作在許多消耗電能的設(shè)備中提供電力的混合電化學設(shè)備。這些實施例旨在說明本發(fā)明的實踐，而不是所附權(quán)利要求的范圍。