專利名稱：鈦材料電容電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新能源電池，特別是一種用鈦材料加工成正負極既不需要表面隔膜又不需要正負極材料涂膏、生產方便降低成本的鈦材料電容電池。
背景技術：
節能與新能源汽車是汽車高科技發展方向之一，代表著未來汽車的發展方向，已成為市場新的經濟增長點和戰略調整的制高點。我國燃料電池汽車領域的資深專家、科技部部長萬鋼提出的新能源汽車發展目標為到2012年，國內有10%新生產的汽車是節能與新能源汽車，按屆時汽車年產輛為1000萬輛算，我國新能源汽車要達到年產100萬輛的規模。由于電池的問題，到目前為止，電動汽車的發展水平仍然停留在以山東為代表的低檔電動汽車和以比亞迪為代表的高檔鋰電電動汽車上.電動汽車的普及還存在很多問題，主要的瓶頸是電池問題。目前常用的電池主要是鉛酸電池、鎳氫電池和磷酸鐵鋰電池。鉛酸電池的能量密度為0. 03-0. 05kwh/kg，儲電量少，體積大，重量重，并存在嚴重的的環保問題， 屢屢出現大規模鉛中毒現象，一般只能用在電動自行車上。鎳氫電池的能量密度為0. 1-0. 2 kwh/kg,價格昂貴，駛行距離短，只有60-80公里，電動汽車上沒前途。磷酸鐵鋰電池的能量密度為0.4-0.5 kwh/kg,價格昂貴，一輛汽車的電池費用需4-9萬元，還有更貴的14萬元一組，性價比差。由于上述電池的充放電過程是化學反應，電極涉及一個固相到另一個固相的反應，必然包含復雜的電極反應過程，從而降低電池的性能，即使加入活性材料對電池效率影響也不大，電極在化學反應過程中會被腐蝕，充放電次數少，電極使用壽命短。由于電池容量小，充電時間長，需要建設大規模的充電站，因此電動汽車即使在地方政府出臺補貼政策的城市也難以普及推廣使用。目前國內也生產超級電容電池，它是電化學超級電容器，由于超級電容電池容易擊穿，比能量只有0. 008 kwh/kg，無法用于電動汽車上。2008年上海張江開行了國內第一輛超級電容公交車，由于他們采用的是超級電解電容電池，存在的缺點和問題很多 一是普通超級電容電池內壓太低，儲能量不太大，價格超過鋰電池組，公交車測試耗電量 1. 4 kwh/kg,行駛里程短至1-2公里；二是超級電容電池自放電大，夏天經常故障，超級電容電池性能在高溫下漏電增加，容量下降，按照漏電流溫度曲線，電解電容電池已經接近技術極限，很難再提高且價格很高；三是單個電容量不大，=5000F，但體積巨大，電池需要并聯使用，不是電動汽車的理想選擇，所以超級電容電池無法在電動汽車上使用。針對上述問題，許多生產廠家和有識之士進行開發和研制，但至今尚未有較理想的產品面世。
發明內容
為了克服現有電池所存在的上述缺陷，本發明的目的是提供一種投資少、生產工藝簡單、電池容量大、重量輕、使用壽命長、成本低、安全環保并能完全代替鉛酸電池、鎳氫電池和磷酸鐵鋰電池的鈦材料電容電池；可廣泛應用于電動汽車、電動摩托車、公交車、航天和國防領域以及太陽能、風能、大型儲電站上。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案，它包括正極板、負極板、殼體，所述的殼體內設有一組正負極板或多組正負極板，殼體內注入聚合物電解液，殼體內留有密封
夾空層，密封夾空層為真空層或空氣層。所述的正負極板由鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板制成；或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板制成；或者由鈦網片制成；或者由鈦箔板片制成；或者由表面鍍鈦鎳板片制成。所述的正負極板之間設有海棉體或玻璃纖維隔板，海棉體或玻璃纖維隔板緊貼在正負極板的表面，海棉體或玻璃纖維隔板具有均勻的吸水性和電容性，電池傾倒時海棉體能保證聚合物電解液與正負極板可靠接觸，可以確保電池穩定工作，正常使用。所述的聚合物電解液為四氟硼酸鉛溶液加入1. 0-2. 5%的C16H33 (CH3)N+作為添加劑，其中二價鉛含量20-35%，游離硼酸含量1. 5-3. 5%，游離氟硼酸含量1. 0-1. 5% ；所述的聚合物電解液中含有0. 02-0. 06%鐵和0. 01-0. 03%硫酸鉛。所述的聚合物電解液也可以是甲基磺酸鉛和甲基磺酸的混合液加入1. 0-2. 5%的 C16H33 (CH3)N+作為添加劑，混合液中甲基磺酸鉛的濃度為1. 0-1. 8 mol/L,甲基磺酸的濃度為0. 5-1. 1 mol/L ；所述的聚合物電解液還加入0. 03-0. 06%鈦酸鋇和0. 01-0. 03%石墨火布。采用上述方法后，本發明與現有技術相比有以下優點和效果
一是本發明的電容電池采用量子力學理論和電化學沉積的方式，在垂直的正負極板組成的電池格中，注入高介電常數的聚合物電解液，密封抽真空，通過電池極化后，電池就可以充放電。由于本發明的電池原理是原子轉換反應，在電池正負極板上建立電位差，同時聚合物電解液中高介電常數的鈦酸鹽在電場作用下形成正負電子勢壘或叫電子云，從而產生巨大的勢壘電容，二者相互迭加能儲存巨大的電能，單體電池容量大，單體電壓可在1-500V 之間任意設計，單體容量范圍在1-200AH之間，電池容量可以做成48V、10AH ； 48V、20AH ； 60V、100AH ； 60V、200AH; 120V、100AH ； 150V UOOAH ； 220V、100AH 等各種規格。二是電池極化時間很短，可以節約很多化成時間；正負極板不需涂膠，可以節約大量的設備投資、材料費用和人工成本。三是充放電電流密度大，可達50mA/平方厘米，大電流充放電能力強，能量轉換效率高，大電流循環效率3 90%;能量密度高，可達0.7-1. 3 kwh/kg，是磷酸鐵鋰電池的數倍。四是電池充電速度快，由于不是化學能轉變電能的化學反應，充電一個小時即可達到其額定容量的95%，如不要充十分滿的話，20-40分鐘就可使用。四是電池循環使用壽命長，深度放電充電使用次數可達數萬次，沒有記憶效應，長期使用免維護，充放電不需要電池平衡管理系統，節約使用成本，可以稱作永久電池。五是不存在易燃易爆物質，使用安全可靠，生產無三廢排放，安全環保。六是生產成本低，其價格與鉛酸電池相當，是鎳氫電池的三分之一，是磷酸鐵鋰電池的四分之一。七是使用溫度范圍廣，在-30° C_+70° C都能正常工作，受溫度影響小。八是放電電壓幅度寬，放電到OV也不會影響使用壽命，這是本產品特有的性能特點。九是電池使用的原材料國內儲備量大，生產工藝簡單、組裝生產方便，投資成本低，實現產業化速度快。
圖1為本發明的結構示意圖。其中1正極板，2負極板，3密封夾空層，4殼體，5聚合物電解液，6海棉體。
具體實施例方式圖1所示，為本發明一種鈦材料電容電池的具體實施方案，它包括正極板1、負極板2、殼體4，所述的殼體4內設有一組或多組正負極板1、2，殼體4內注入聚合物電解液5， 殼體4內留有密封夾空層3，密封夾空層3為真空層或空氣層。所述的正負極板1、2由鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板制成；或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板制成；或者由鈦網片制成；或者由鈦箔板片制成；或者由表面鍍鈦鎳板片制成。所述的正負極板1、2之間設有海棉體或玻璃纖維隔板6，海棉體或玻璃纖維隔板6 緊貼在正負極板1、2的表面。所述的聚合物電解液5為四氟硼酸鉛溶液加入1. 0-2. 5%的C16H33 (CH3) N+作為添加劑，其中二價鉛含量20-35%，游離硼酸含量1. 5-3. 5%，游離氟硼酸含量1. 0-1. 5% ；所述的聚合物電解液5中含有0. 02-0. 06%鐵和0. 01-0. 03%硫酸鉛。所述的聚合物電解液也可以是甲基磺酸鉛和甲基磺酸的混合液加入1. 0-2. 5%的 C16H33 (CH3)N+作為添加劑，混合液中甲基磺酸鉛的濃度為1. 0-1. 8 mol/L,甲基磺酸的濃度為0. 5-1. 1 mol/L ；所述的聚合物電解液5還加入0. 03-0. 06%鈦酸鋇和0. 01-0. 03%石墨煉。實施例1
以單格二片極板為例，用鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板或者由鈦網片或者由鈦箔板片或者由表面鍍鈦鎳板片制成150X150X0. 8— 1. 2正負極板裝入殼體內，正負極板之間設置海綿體，正負極板用不銹鋼、鎳或鈦材料接出樁頭做正負極引出線，殼體中注入高能和高介電常數的聚合物電解液，聚合物電解液可以是四氟硼酸鉛溶液加入1. 0%的C16H33(CH;3)N+作為添加劑，其中二價鉛含量20%，游離硼酸含量1. 5%，游離氟硼酸含量1. 0% ；所述的聚合物電解液5中含有0. 02%鐵和0. 01%硫酸鉛。聚合物電解液也可以是甲基磺酸鉛和甲基磺酸的混合液加入1.0%的 C16H33 (OK) N+作為添加劑，混合液中甲基磺酸鉛的濃度為1.0 mol/L,甲基磺酸的濃度為 0. 5 mol/L ；所述的聚合物電解液5還加入0. 03%鈦酸鋇和0. 01%石墨烯。留有足夠空間，密封抽真空，用衡壓衡流充電極化，單格電壓2. 2V，電流IA充電一小時，用IA放電1小時。再用大電流2A充電2小時，放電電流2A，可放1小時49分鐘，能量效率90.8%，達到設計要求。組裝一組MV電池，容量40AH，充電電S^V，4A充電10小時，放電電流4A放9小時，能量效率90%。
實施例2
以單格二片極板為例，用鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板或者由鈦網片或者由鈦箔板片或者由表面鍍鈦鎳板片制成150X150X0. 8— 1. 2正負極板裝入殼體內，正負極板之間設置海綿體，正負極板用不銹鋼、鎳或鈦材料接出樁頭做正負極引出線，殼體中注入高能和高介電常數的聚合物電解液，聚合物電解液可以是四氟硼酸鉛溶液加入1. 5%的C16H33 (CH3) N+作為添加劑，其中二價鉛含量25%，游離硼酸含量2%，游離氟硼酸含量1. 2% ；所述的聚合物電解液5中含有0. 03%鐵和0. 018%硫酸鉛。留有足夠空間，密封抽真空，用衡壓衡流充電極化，單格電壓2. 2V，電流IA充電一小時，用IA放電1小時。再用大電流2A充電2小時，放電電流2A，可放1小時50分鐘，能量效率91.7%，達到設計要求。組裝一組MV電池，容量40AH，充電電S^V，4A充電10小時，放電電流4A放9. 1小時，能量效率91%。實施例3
以單格二片極板為例，用鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板或者由鈦網片或者由鈦箔板片或者由表面鍍鈦鎳板片制成150X150X0. 8— 1. 2正負極板裝入殼體內，正負極板之間設置海綿體，正負極板用不銹鋼、鎳或鈦材料接出樁頭做正負極引出線，殼體中注入高能和高介電常數的聚合物電解液，聚合物電解液可以是四氟硼酸鉛溶液加入2. 0%的C16H33(CH;3)N+作為添加劑，其中二價鉛含量觀％，游離硼酸含量2. 5%，游離氟硼酸含量1. 2% ；所述的聚合物電解液5中含有0. 04%鐵和0. 02%硫酸鉛。留有足夠空間，密封抽真空，用衡壓衡流充電極化，單格電壓2. 2V，電流IA充電一小時，用IA放電1小時。再用大電流2A充電2小時，放電電流2A，可放1小時51分鐘，能量效率92. 5%，達到設計要求。組裝一組MV電池，容量40AH，充電電S^V，4A充電10小時，放電電流4A放9. 2小時，能量效率92%。實施例4
以單格二片極板為例，用鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板或者由鈦網片或者由鈦箔板片或者由表面鍍鈦鎳板片制成150X150X0. 8— 1. 2正負極板裝入殼體內，正負極板之間設置海綿體，正負極板用不銹鋼、鎳或鈦材料接出樁頭做正負極引出線，殼體中注入高能和高介電常數的聚合物電解液，聚合物電解液可以是四氟硼酸鉛溶液加入2. 5%的C16H33(CH;3)N+作為添加劑，其中二價鉛含量35%，游離硼酸含量3. 5%，游離氟硼酸含量1. 5% ；所述的聚合物電解液5中含有0. 06%鐵和0. 03%硫酸鉛。留有足夠空間，密封抽真空，用衡壓衡流充電極化，單格電壓2. 2V，電流IA充電一小時，用IA放電1小時。再用大電流2A充電2小時，放電電流2A，可放1小時50分鐘，能量效率91.7%，達到設計要求。組裝一組MV電池，容量40AH，充電電S^V，4A充電10小時，放電電流4A放9. 1小時，能量效率91%。實施例5
以單格二片極板為例，用鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板或者由鈦網片或者由鈦箔板片或者由表面鍍鈦鎳板片制成150X150X0. 8— 1. 2正負極板裝入殼體內，正負極板之間設置海綿體，正負極板用不銹鋼、鎳或鈦材料接出樁頭做正負極引出線，殼體中注入高能和高介電常數的聚合物電解液，聚合物電解液是甲基磺酸鉛和甲基磺酸的混合液加入1. 0%的C16H33 (CH3) N+作為添加劑，混合液中甲基磺酸鉛的濃度為1. 0 mol/L,甲基磺酸的濃度為0. 5 mol/L ；所述的聚合物電解液5還加入0. 03% 鈦酸鋇和0.01%石墨烯。留有足夠空間，密封抽真空，用衡壓衡流充電極化，單格電壓2. 2V，電流IA充電一小時，用IA放電1小時。再用大電流2A充電2小時，放電電流2A，可放1小時49分鐘，能量效率90.8%，達到設計要求。組裝一組MV電池，容量40AH，充電電S^V，4A充電10小時，放電電流4A放9小時，能量效率90%。實施例6
以單格二片極板為例，用鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板或者由鈦網片或者由鈦箔板片或者由表面鍍鈦鎳板片制成150X150X0. 8— 1. 2正負極板裝入殼體內，正負極板之間設置海綿體，正負極板用不銹鋼、鎳或鈦材料接出樁頭做正負極引出線，殼體中注入高能和高介電常數的聚合物電解液，聚合物電解液是甲基磺酸鉛和甲基磺酸的混合液加入1. 5%的C16H33(CH3)N+作為添加劑，混合液中甲基磺酸鉛的濃度為1. 3 mol/L,甲基磺酸的濃度為0. 7 mol/L ；所述的聚合物電解液5還加入0. 04% 鈦酸鋇和0.015%石墨烯。留有足夠空間，密封抽真空，用衡壓衡流充電極化，單格電壓2. 2V，電流IA充電一小時，用IA放電1小時。再用大電流2A充電2小時，放電電流2A，可放1小時50分鐘，能量效率91.6%，達到設計要求。組裝一組MV電池，容量40AH，充電電S^V，4A充電10小時，放電電流4A放9. 1小時，能量效率91%。實施例7
以單格二片極板為例，用鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板或者由鈦網片或者由鈦箔板片或者由表面鍍鈦鎳板片制成150X150X0. 8— 1. 2正負極板裝入殼體內，正負極板之間設置海綿體，正負極板用不銹鋼、鎳或鈦材料接出樁頭做正負極引出線，殼體中注入高能和高介電常數的聚合物電解液，聚合物電解液是甲基磺酸鉛和甲基磺酸的混合液加入2. 0%的C16H33 (CH3) N+作為添加劑，混合液中甲基磺酸鉛的濃度為1. 5 mol/L,甲基磺酸的濃度為0. 9 mol/L ；所述的聚合物電解液5還加入0. 05% 鈦酸鋇和0. 0 石墨烯。留有足夠空間，密封抽真空，用衡壓衡流充電極化，單格電壓2. 2V，電流IA充電一小時，用IA放電1小時。再用大電流2A充電2小時，放電電流2A，可放1小時51分鐘，能量效率92. 5%，達到設計要求。組裝一組MV電池，容量40AH，充電電S^V，4A充電10小時，放電電流4A放9. 2小時，能量效率92%。實施例8
以單格二片極板為例，用鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板或者由鈦網片或者由鈦箔板片或者由表面鍍鈦鎳板片制成150X150X0. 8— 1. 2正負極板裝入殼體內，正負極板之間設置海綿體，正負極板用不銹鋼、鎳或鈦材料接出樁頭做正負極引出線，殼體中注入高能和高介電常數的聚合物電解液，聚合物電解液是甲基磺酸鉛和甲基磺酸的混合液加入2. 5%的C16H33 (CH3) N+作為添加劑，混合液中甲基磺酸鉛的濃度為1.8 mol/L，甲基磺酸的濃度為1. 1 mol/L ；所述的聚合物電解液還加入0. 06%鈦酸鋇和0. 03%石墨烯。 留有足夠空間，密封抽真空，用衡壓衡流充電極化，單格電壓2. 2V，電流IA充電一小時，用IA放電1小時。再用大電流2A充電2小時，放電電流2A，可放1小時51分鐘，能量效率92. 5%，達到設計要求。組裝一組MV電池，容量40AH，充電電S^V，4A充電10小時，放電電流4A放9. 2小時，能量效率92%。
權利要求
1.一種鈦材料電容電池，包括正極板、負極板、殼體，其特征是所述的殼體內設有一組正負極板或多組正負極板，殼體內注入聚合物電解液，殼體內留有密封夾空層，密封夾空層為真空層或空氣層。
2.根據權利要求1所述的一種鈦材料電容電池，其特征是所述的正負極板由鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板制成；或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板制成；或者由鈦網片制成；或者由鈦箔板片制成；或者由表面鍍鈦鎳板片制成。
3.根據權利要求1所述的一種鈦材料電容電池，其特征是所述的正負極板之間設有海棉體或玻璃纖維隔板，海棉體或玻璃纖維隔板緊貼在正負極板的表面。
4.根據權利要求2或3所述的一種鈦材料電容電池，其特征是所述的聚合物電解液為四氟硼酸鉛溶液加入1. 0-2. 5%的C16H33(CH;3)N+作為添加劑，其中二價鉛含量20_35%， 游離硼酸含量1. 5-3. 5%，游離氟硼酸含量1. 0-1. 5%。
5.根據權利要求2或3所述的一種鈦材料電容電池，其特征是所述的聚合物電解液為甲基磺酸鉛和甲基磺酸的混合液加入1. 0-2. 5%的C16H33(CH3)N+作為添加劑，混合液中甲基磺酸鉛的濃度為1. 0-1. 8 mol/L,甲基磺酸的濃度為0. 5-1. 1 mol/L。
6.根據權利要求4所述的一種鈦材料電容電池，其特征是所述的聚合物電解液中含有 0. 02-0. 06% 鐵和 0. 01-0. 03% 硫酸鉛。
7.根據權利要求5所述的一種鈦材料電容電池，其特征是所述的聚合物電解液還加 Λ 0. 03-0. 06% 鈦酸鋇和 0. 01-0. 03% 石墨烯。
全文摘要
本發明公開了一種鈦材料電容電池，包括正極板、負極板、殼體，所述的殼體內設有一組正負極板或多組正負極板，殼體內注入聚合物電解液，殼體內留有密封夾空層；所述的正負極板由鈦粉加工成具有透氣性的鈦微孔板制成或者由鈦粉燒結加工成亞氧化鈦微孔板制成或者由鈦網片制成或者由鈦箔板片制成或者由表面鍍鈦鎳板片制成；所述的正負極板之間設有海棉體，聚合物電解液為四氟硼酸鉛溶液加入1.0-2.5%的C16H33(CH3)N+作為添加劑，其中二價鉛含量20-35%，游離硼酸含量1.5-3.5%，游離氟硼酸含量1.0-1.5%。采用本結構后，具有工藝簡單、容量大、重量輕、壽命長、成本低、安全環保等優點，可廣泛應用于電動車、電動汽車、公交車、儲電站、航天和國防領域。
文檔編號H01M10/36GK102544600SQ20121004971
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者李世鋒, 李永麒, 蔣志堅, 蔣龍友 申請人:浙江世鋒新能源開發有限公司