本發(fā)明涉及機(jī)械，尤其涉及電池。

背景技術(shù)：

1、叉車是工業(yè)搬運(yùn)車輛，是指對成件托盤貨物進(jìn)行裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸作業(yè)的各種輪式搬運(yùn)車輛。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso/tc110稱為工業(yè)車輛。常用于倉儲大型物件的運(yùn)輸，通常使用燃油機(jī)或者電池驅(qū)動。電動叉車是一種以電能驅(qū)動的叉車，目前以化學(xué)儲能的鋰電池和鉛蓄電池為主。電動叉車相較于一般的電動車，在提升貨物時對功率輸出的要求更高、電流輸出穩(wěn)定性要求更高。

2、然而，鋰電池等化學(xué)電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能時(電池充放電期間)，離子傾向于在陰極和陽極之間來回流動?；瘜W(xué)電池一般包括正極和負(fù)極，兩極浸沒在液體電解質(zhì)中，并由微孔離子交換膜隔開，只允許離子通過。在化學(xué)電池充放電期間，離子傾向于在陽極和陰極之間來回流動。當(dāng)這些離子轉(zhuǎn)移的時候會導(dǎo)致電池發(fā)熱、膨脹，然后收縮。這些反應(yīng)會逐漸使電池退化，從而導(dǎo)致電池壽命縮短。還存在充電時間長、價格高、過充致使發(fā)熱、燃燒等安全性問題，而且要定期充電維護(hù)，使用不方便。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種高能量密度的超級電容，該超級電容創(chuàng)新性的采用了氮、硫功能化碳泡沫磁性微球作為導(dǎo)電活性物質(zhì)，能量密度高且充電速度快。

2、本發(fā)明還提供了一種鋰電池-超級電容混合儲能裝置，鋰電池與超級電容之間可互相充電，并且電流更為平穩(wěn)、提升安全性能，同時采用了上述高能量密度的超級電容，進(jìn)一步提升了本裝置的充放電效率。

3、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種高能量密度的超級電容，超級電容包括電介質(zhì)層，電介質(zhì)層包括依次排布的導(dǎo)電基材、活性物質(zhì)層和絕緣層；其中，活性物質(zhì)層包括氮、硫功能化碳泡沫磁性微球作為活性物質(zhì)。

4、優(yōu)選地，導(dǎo)電基材選自腐蝕鋁箔和/或偏聚二氟乙烯；活性物質(zhì)層由質(zhì)量百分比為90～95％:5～10％的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球和粘接劑；絕緣層包括質(zhì)量百分比為75～80％:4～10％:5～10％的石墨、聚酰亞胺膠和粘接劑。

5、優(yōu)選地，所述的粘接劑選自包括丁苯橡膠和羧甲基纖維素鈉的混合水溶性粘結(jié)劑。

6、優(yōu)選地，活性物質(zhì)層包括質(zhì)量百分比不低于90％的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球作為活性物質(zhì)。

7、優(yōu)選地，導(dǎo)電基材包括正極導(dǎo)電基材和負(fù)極導(dǎo)電基材，活性物質(zhì)層包括正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層；電介質(zhì)層中，正極導(dǎo)電基材、正極活性物質(zhì)層、絕緣層、負(fù)極活性物質(zhì)層和負(fù)極導(dǎo)電基材依次排布。

8、優(yōu)選地，超級電容的電介質(zhì)層制備方法包括如下步驟：

9、(1)將氮、硫功能化碳泡沫磁性微球和粘接劑以水混合，攪拌，得到第一混合物；

10、將以水將粘結(jié)劑調(diào)成稀漿，將絕緣材料逐步加入到稀漿中，得到第二混合物；

11、(2)將第一混合物分別涂敷在正極導(dǎo)電基材、負(fù)極導(dǎo)電基材的表面，干燥，得到正極導(dǎo)電基材-活性物質(zhì)層、負(fù)極導(dǎo)電基材-活性物質(zhì)層；

12、(3)將第二混合物涂覆在正極導(dǎo)電基材-活性物質(zhì)層、負(fù)極導(dǎo)電基材-活性物質(zhì)層之間，干燥，正極導(dǎo)電基材、正極活性物質(zhì)層、絕緣層、負(fù)極活性物質(zhì)層和負(fù)極導(dǎo)電基材依次排布的電介質(zhì)層。

13、優(yōu)選地，步驟(2)中，第一混合物的涂覆厚度為0.2～0.25mm，干燥溫度為80～90℃，干燥時間5h以上；

14、步驟(3)中，第二混合物的涂覆厚度為0.02～0.03μm，干燥溫度為80～90℃，干燥時間為5h以上。

15、優(yōu)選地，超級電容還包括磁固定結(jié)構(gòu)，磁固定結(jié)構(gòu)包括負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)和正極外磁場結(jié)構(gòu)，電介質(zhì)層設(shè)置在負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)、正極外磁場結(jié)構(gòu)之間，負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)和正極外磁場結(jié)構(gòu)形成的磁場可促使正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層中的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球互相吸附并壓實。

16、優(yōu)選地，磁固定結(jié)構(gòu)為圓筒形，包括柱形負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)和環(huán)形正極外磁場結(jié)構(gòu)；電介質(zhì)層為圓環(huán)；柱形負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)、環(huán)形正極外磁場結(jié)構(gòu)和電介質(zhì)層三者同圓心；柱形負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)和環(huán)形正極外磁場結(jié)構(gòu)的底部連接。

17、優(yōu)選地，超級電容的能量密度至少為4.5千瓦時/千克、充電效率不低于91％

18、本發(fā)明的第二方面提供了一種鋰電池-超級電容混合儲能裝置，包括鋰電池、電感線圈、超級電容、控制電路和負(fù)載用電設(shè)備；鋰電池、電感線圈和超級電容之間串聯(lián)形成第一電路，電感線圈用于延緩鋰電池的電流變化；第一電路與超級電容并聯(lián)形成第二電路；超級電容與控制電路串聯(lián)形成第三電路，控制電路與負(fù)載用電設(shè)備連接、可控制負(fù)載用電設(shè)備接入或斷開。

19、優(yōu)選地，所述鋰電池為磷酸鐵鋰電池。

20、優(yōu)選地，第一電路還包括與鋰電池并聯(lián)的電量檢測裝置，用于檢測鋰電池的電量。

21、優(yōu)選地，所述電感線圈的纏繞匝數(shù)至少為20匝。

22、優(yōu)選地，所述超級電容為權(quán)利要求1-10任意一項所述的超級電容。

23、本發(fā)明的第三方面提供了一種電動叉車，包括上述技術(shù)方案所述鋰電池-超級電容混合儲能裝置。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

25、1、本發(fā)明使用了一種高能量密度的超級電容，能夠容納更多的電量作為儲備，充電效率達(dá)到91％，可適應(yīng)叉車等需要大量電能供給的需求。

26、本發(fā)明所述的超級電容創(chuàng)造性的采用了一種本用于環(huán)境治理的“氮、硫功能化碳泡沫磁性微球”材料作為電極，該材料的詳細(xì)信息可參見中國專利“zl201510359764.4，一種氮、硫功能化碳泡沫磁性微球的制備方法”，該材料是一種以碳原子組成的具有蜂窩狀多孔網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的新型碳材料，具有密度低，比表面積大，且導(dǎo)電性良好，和普通碳粉末相比，具有規(guī)則的形狀，使用過程中更容易分散開。發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，該磁性微球作為超級電容的活性物質(zhì)時具有優(yōu)秀的儲能性質(zhì)和充放電效率。

27、2、在本發(fā)明的一些優(yōu)選方案中，為了進(jìn)一步增加超級電容充放電次數(shù)、延長超級電容使用壽命，超級電容還包括磁固定結(jié)構(gòu)，磁固定結(jié)構(gòu)包括負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)(s極)和正極外磁場結(jié)構(gòu)(n極)，電介質(zhì)層設(shè)置在負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)、正極外磁場結(jié)構(gòu)之間，負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)和正極外磁場結(jié)構(gòu)形成的磁場可促使正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層中的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球互相吸附并壓實。

28、如圖4所示，位于電介質(zhì)層內(nèi)側(cè)的負(fù)極內(nèi)磁場結(jié)構(gòu)(s極)與位于電介質(zhì)層外側(cè)的正極外磁場結(jié)構(gòu)(n極)形成由外向內(nèi)的磁場，由于氮、硫功能化碳泡沫磁性微球本身具有磁性，在磁固定結(jié)構(gòu)提供的磁場作用下，正極活性物質(zhì)層、負(fù)極活性物質(zhì)層上的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球相互吸附力增強(qiáng)，磁性微球團(tuán)積聚并排列均勻，因此磁性微球團(tuán)不容易從活性物質(zhì)層脫落，剝離下來，這樣就能保證超級電容對存儲電荷起關(guān)鍵作用的活性物質(zhì)的有效性，避免有效物質(zhì)散失，進(jìn)而達(dá)到增加超級電容充放電的次數(shù)、延長超級電容的使用壽命的效果。

29、3、本發(fā)明所述的鋰電池-超級電容混合儲能裝置中，電感線圈和鋰電池在連接中先串聯(lián)連接，然后電感線圈和鋰電池組串聯(lián)組成的第一電路，再和超級電容組進(jìn)行并聯(lián)連接形成第二電路；超級電路與控制電路串聯(lián)形成第三電路，控制電路連接有負(fù)載用電設(shè)備，通過控制電路接入或關(guān)閉第三電路，進(jìn)而控制超級電容是否對負(fù)載用電設(shè)備進(jìn)行供電。

30、本發(fā)明所述鋰電池-超級電容混合儲能裝置采用了超級電容作為鋰電池與負(fù)載用電設(shè)備之間的緩沖，先由鋰電池對超級電池進(jìn)行充電，再由超級電容對負(fù)載用電設(shè)備進(jìn)行供電，本裝置通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)有效減緩了電流變化造成鋰電池發(fā)熱、減少鋰電池充放電次數(shù)，可提高本裝置供電的安全性，同時增加鋰電池的充放電次數(shù)，延長電池的使用壽命。當(dāng)然，反過來當(dāng)鋰電池沒電時，超級電容也可以對鋰電池進(jìn)行充電，省去了對鋰電池定期充電維護(hù)的人工時間。

31、4、本發(fā)明所述鋰電池-超級電容混合儲能裝置中，增加了與鋰電池串聯(lián)的電感線圈，該電感線圈能夠減緩鋰電池電流變化，降低電流突變的發(fā)生幾率，更為安全。