專利名稱：：混合電池的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種能夠以瞬態(tài)高電流脈沖放電的高功率混合電池，更具體地講，本發(fā)明涉及一種高功率混合電池，該高功率混合電池通過以并聯的方式將具有大面積的高功率雙電層電容器與鋰原電池混合而具有高電流脈沖放電和長壽命的特性。
背景技術：
：近來，由于無線通信顯著增長，所以移動裝置和設備已從模擬型變化至數字型，且它們的功能已變得日益復雜。為了響應這種趨勢，無線移動通信裝置需要諸如功率高、重量輕、設計薄(slimdesign)和單位成本便宜的特性，具體地講，瞬態(tài)高電流脈沖流入無線移動通信裝置以無線地傳輸數據。全球移動通信系統(GSM)需要大約2A、大約50(Vs的高電流脈沖。除了移動裝置之外，自動抄表(AMR)系統借助于無線通信通常需要瞬態(tài)高電流脈沖特性。當儀表(如水表)已變化為數字型時，AMR系統已能夠無線地讀^F又儀表。施加到AMR系統的電源應該具有與高電流脈沖對應的高功率和長壽命特性，這與無線移動通信裝置是相同的。此外，與移動裝置不同的是，AMR系統通常安裝在室外，因而獲得在大的溫度范圍下的特性非常重要。
發(fā)明內容在用作具有高電流脈沖特性的移動裝置或AMR系統的電源的傳統單電池系統中，由高電流放電導致的自電阻產生電壓降，從而降低功率電壓，而且由于高電流放電也導致壽命受到限制。這大大增加了更換電池的成本。由于這個原因，所以在^f吏用電池作為主電源的同時，瞬態(tài)高功率的輔助電源引起了人們的關注。當將瞬態(tài)高功率的輔助電源與用作主電源的電池以并聯的方式混合時，施加到電池的負載很小。因此，極大地提高了電池壽命且實現了電池的小型化，并降低了單位成本。圖1是根據相關技術1的混合電池的電路圖。參照圖1,混合電池l包括原電池2和巻繞式電容器3，其中，巻繞式電容器3以并聯的方式連接到原電池2并用作輔助電源。巻繞式電容器3包括由金屬板形成的電極結構，且相比較于包括活性碳電極的雙電層電容器(EDLC)來說具有非常低的能量密度。這里，原電池2具有端電壓V和自電阻Rb，巻繞式電容器3具有電容C3和自電阻R3。由于巻繞式電容器3的自電阻R3小于原電池2的自電阻Rb，所以對于高電流脈沖，混合電池1比僅使用原電池2更有利。然而，巻繞式電容器3的電容C3低于幾百iuF,因此對于脈沖時間為幾十msec的AMR系統的使用受到限制。圖2是根據相關技術2的混合電池的電路圖。參照圖2，混合電池4包括原電池2和硬幣型雙電層電容器5，其中，硬幣型雙電層電容器5用作輔助電源并以并聯的方式連接到原電池2。硬幣型雙電層電容器5的電容C5為幾百mF，比圖1的巻繞式電容器3的電容大幾百倍，因此對于脈沖來說是足夠的。然而，硬幣型雙電層電容器5由于受到單元(cell)尺寸的限制而具有小的電極區(qū)域，在這種結構中大量電荷不能同時轉移。因此，硬幣型雙電層電容器5具有非常大(幾十n)的自電阻R5,這不利于高電流脈沖放電。圖3是根據相關技術3的混合電池的電路圖。參照圖3，混合電池6包括原電池2和用作輔助電源的高功率二次電池7。高功率二次電池7的電容C7比硬幣型雙電層電容器5的電容C5大幾百倍。此外，通過對電極進行薄膜設計，二次電池7的自電阻R7具有與幾百mQ對應的高功率特性。因此，相比較于圖1中示出的混合電池1和圖2中示出的混合電池4來說，混合電池6是改進的系統。然而，雖然二次電池在化學反應中具有極好的電容特性，但是在小于幾百msec的微小時間內二次電池不能正常運行，因而二次電池的電容迅速降低。特別要指出的是，二次電池不能在-40。C下工作，其中，-40°C是用于使用安裝在室外的AMR系統的溫度條件，因此二次電池的應用受到限制。[技術方案]本方面的目的在于提供一種混合電池，該混合電池通過利用原電池作為主電源和利用高功率雙電層電容器作為輔助電源，滿足在包括-40。C的大的溫度范圍內的各種脈沖條件。[技術效果]根據本發(fā)明的混合電池包括作為主電源的原電池和作為輔助電源的高功率雙電層電容器，該混合電池可用于諸如全球移動通信系統和自動抄表系統的各種無線通信設備。這里，由于可大大降低電流消耗并可輸出額定電壓，所以該混合電池可長時間穩(wěn)定地提供功率，并可在大的溫度范圍內使用。圖1是根據相關技術1的混合電池的電路圖；圖2是根據相關技術2的混合電池的電路圖；圖3是根據相關技術3的混合電池的電路圖；圖4是根據本發(fā)明實施例的混合電池的電路圖5是示出了應用于本發(fā)明實施例的堆疊式雙電層電容器的結構的視圖7是示出了實驗1中的對比例1-3和實施例的電壓降特性的曲線圖，用于示出本發(fā)明的效果；圖8是示出了實驗1中的對比例1-3和實施例的原電池的電流消耗的曲線圖，用于示出本發(fā)明的效果；圖9是示出了實驗2中的對比例1-3和實施例的電壓降特性的曲線圖，用于示出本發(fā)明的效果；圖10是示出了實驗2中的對比例1-3和實施例的原電池的電流消耗的曲線圖，用于示出本發(fā)明的效果；圖11是示出了實驗3中的對比例l-3和實施例的電壓降特性的曲線圖，用于示出本發(fā)明的效果；圖12是示出了實驗3中的對比例1-3和實施例的原電池的電流消耗的曲線圖，用于示出本發(fā)明的效果；圖13是示出了實驗4中的對比例l-3和實施例的電壓降特性的曲線圖，用于示出本發(fā)明的效果；圖14是示出了實驗4中的對比例l-3和實施例的原電池的電流消耗的曲線圖，用于示出本發(fā)明的效果。具體實施例方式為了實現上述目的和優(yōu)點，提供了一種混合電池，該混合電池包括主電源和以并聯的方式連接到主電源的輔助電源，該混合電池包括作為輔助電源的包括活性碳電極的雙電層電容器。主電源可為作為原電池的鋰亞碌u酰電池。活性碳電極可包括具有10-4(^m的厚度的活性材料層?；谡麄€固體含量，活性碳電極可包括按重量計為25%-50%的導電材料。雙電層電容器可為堆疊式或巻繞式。輔助電源可為相互連接的多個雙電層電容器?，F在，將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖4是根據本發(fā)明實施例的混合電池的電路圖，圖5是示出了圖4中的雙電層電容器的結構的視圖。參照圖4，混合電池10包括原電池11和雙電層電容器12，其中，雙電層電容器12以并聯的方式連接到原電池11并用作輔助電源。通常使用的原電池可用作原電池11,但是，優(yōu)選地使用圓柱式(bobbintype)鋰亞硫酰氯電池，其中，該鋰亞硫酰氯電池包括具有高能量密度的鋰金屬、形成為圓柱式的碳電極和亞硫酰氯(SOCl2)無機電解質(inorganicelectrolyte)。由于圓柱式鋰亞硫酰氯電池具有高能量密度和極好的低溫性能，所以可長時間地在大的溫度范圍內提供電流，因而圓柱式鋰亞硫酰氯電池適合于用于產生脈沖的主電源。另一方面，由于圓柱式鋰亞石克酰氯電池的功率特性不好，所以在高電流放電情況下其能量密度大大降低。然而，這種不足可以通過雙電層電容器12來彌補。同樣，雙電層電容器12可為一個雙電層電容器，或者可為以串連或并聯的方式連接且等價表現的多個雙電層電容器。優(yōu)選地，雙電層電容器12為具有大量電荷可同時轉移的大區(qū)域電極結構的巻繞式或堆疊式，以具有大電容C12和低自電阻(selfresistance)R12。圖5是示出了堆疊式雙電層電容器的結構的視圖。參照圖5，在其上形成有金屬集流體23的兩個活性碳電極21和22與分隔件24交替地堆疊，浸漬在電解液(electrolyte)中，并被密封在殼中。圖6是示出了巻繞式雙電層電容器的結構的視圖。參照圖6,連接有金屬集流體的活性碳電極33和34與置于活性碳電極33和34之間的分隔件31和32被交替地設置，巻繞成圓筒形狀(rollshape),浸漬在電解液中，并被密封在殼中。在圖5和圖6中示出的雙電層電容器中，在電解液中浸漬的兩個電極之間僅可傳導離子，多孔分隔件設置在兩個電極之間用于絕緣和防止短路。此外，當施加電壓時，在電極和電解液之間的界面周圍分布的正電荷和負電荷形成雙電層。這里，由于大量電荷以最大化的表面積聚集在活性碳電極處，所以混合電池10的電容C12為幾百mF,與巻繞式電容器3相比較來說，這個值非常大。此外，雙電層電容器12具有幾十mD的自電阻R12，與二次電池7不同的是，電荷被吸收在電極表面上并從電極表面脫離，以在雙電層電容器12中執(zhí)行充電和放電。因此，雙電層電容器12具有高反應速率，因而適合用作用于產生需要高充電/放電速率的脈沖的電源，并滿足在包括-40。C的大的溫度范圍內的各種脈沖條件。在根據相關技術2的硬幣型雙電層電容器5的電極處形成具有幾百pm厚度的活性材料層，而在雙電層電容器12的電極處形成具有10-40fim的小厚度的活性材料層。雙電層電容器的電極厚度與電荷在充電/放電中的移動距離密切相關。為了獲得高功率特性，應該將電荷的運動距離最小化，以提高充電/放電速率。當活性材料層的厚度大于40|im時，電阻值增大。另一方面，當活性材料層的厚度小于10|am時，電極之間的距離變得太小，從而形成在電極界面上的電荷會脫離。此外，優(yōu)選地，基于雙電層電容器12的電極的固體含量，雙電層電容器12包括按重量計為25%-50%的導電材料。與包括25%或小于25%的導電材料的雙電層電容器相比，包括按重量計為25%-50%的導電材料的電極可具有高功率特性。此外，隨著活性碳的相對含量的降低，電極的微孔結構變得更小，由于反復的充電/放電而導致的微孔結構的變形被最小化，從而大大提高了電極的循環(huán)特性。然而，當導電材料的含量超過50%時，電容特性降低太多以至于不能與脈沖特性對應。因此，導電材料的含量優(yōu)選地在25%至50%的范圍內。下面的表l示出了在室溫25。C下，圖1的混合電池1(在下文中，稱作對比例l)、圖2的混合電池4(在下文中，稱作對比例2)、圖3的混合電池6(在下文中，稱作對比例3)和圖4的混合電池10(在下文中，稱作實施例)的規(guī)才各。在對比例l、對比例2、對比例3和實施例中用作主電源的原電池為具有高能量密度的鋰亞硫酰氯電池，該鋰亞硫酰氯電池是本申請人的產品SB-D02。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>下面的表2示出了通過恒電流放電而得到的輔助電源的瞬態(tài)特性，其中，恒電流放電的條件是電流，40mA;溫度，室溫25。C和低溫-40。C;時間，1秒。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>參照表1和表2，用作對比例2的輔助電源的硬幣型EDLC和用作對比例3的輔助電源的鋰二次電池在表1的規(guī)格特性和表2的瞬態(tài)特性之間具有非常大的差別。這是因為與其它的輔助電源相比，硬幣型EDLC和鋰二次電池的功率特性不好。下面的表3示出了對比例和實施例根據脈沖特性和溫度變化的性能。圖7至圖14是用于比較對比例和實施例的這些性能的曲線圖。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實驗l的實施條件為電流，0.1A;溫度，25°C;時間，50msec。實驗2的實施條件為電流，1A;溫度，25°C;時間，50msec。實驗3的實施條件為電流，0.1A;溫度，-40°C;時間，50msec。實驗4的實施條件為電流，1A;溫度，-40°C;時間，50msec。圖7和圖8示出了實驗1的結果，圖9和圖10示出了實驗2的結果，圖11和圖12示出了實驗3的結果，圖13和圖14示出了實驗4的結果。參照表3,不論電流大小和溫度變化如何，本發(fā)明實施例的電壓降和電流消耗都非常小。在表3中，NG表示當在開路混合電池中將端電壓設為3.67V，且在提供脈沖功率中發(fā)生0.67V或大于0.67V的電壓降時，混合電池不能用作電源。權利要求1、一種混合電池，包括主電源和以并聯的方式連接到主電源的輔助電源，所述混合電池包括作為輔助電源的包括活性碳電極的雙電層電容器。2、如權利要求1所述的混合電池，其中，雙電層電容器為堆疊式。3、如權利要求1所迷的混合電池，其中，雙電層電容器為巻繞式。4、如權利要求1至3中任意一項所述的混合電池，其中，主電源是作為原電池的4里亞碌b酰電池。5、如權利要求1至3中任意一項所述的混合電池，其中，活性碳電極包括具有10-40pm的小厚度的活性材料層。6、如權利要求1至3中任意一項所述的混合電池，其中，基于整個固體含量，活性碳電極包括按重量計為25%-50%的導電材料。7、如權利要求1至3中任意一項所述的混合電池，其中，輔助電源為相互連接的多個雙電層電容器。全文摘要本發(fā)明提供了一種混合電池。該混合電池包括主電源和以并聯的方式連接到主電源的輔助電源。輔助電源為包括活性炭電極的雙電層電容器。文檔編號H01M16/00GK101310410SQ200780000103公開日2008年11月19日申請日期2007年2月8日優(yōu)先權日2006年2月24日發(fā)明者鄭世一,金成佑申請人:韓國飛世龍電池有限公司