雙電層電容器的製造方法
2023-11-08 04:35:47 1
雙電層電容器的製造方法
【專利摘要】一種雙電層電容器（1）包括：至少兩個堆疊的電極（2）和電極（3），均具有相對的各自的活性表面（4）和活性表面（5）。電容器（1）還包括具有電解質離子（未示出）的電解質，電解質允許在電極（2）和電極（3）的每個處建立電雙層。分隔件（8）設置在電極（2）和電極（3）中間，以將表面（4）和表面（5）分開和電分離，同時允許電解質離子在電雙層之間移動。電容器（1）還包括封裝件（10），其具有用於密封地容納電極（2）和電極（3）、分隔件（8）和電解質的內部（11）。封裝件（10）還具有外部（12），其具有在一個維度上大約20mm的厚度（13）和沿垂直於限定覆蓋區（14）的一個維度的平面延伸的區域。
【專利說明】雙電層電容器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及雙電層電容器。本實用新型的實施例已經尤其被開發用於對於汽車的應用。儘管這裡將具體參照該應用對一些實施例進行描述，但是將理解的是，本發明不限於這樣的應用領域，可用於更廣泛的領域。
【背景技術】
[0002]在整個說明書中，任何對【背景技術】的討論不應被認為是承認該技術是眾所周知的，或者承認該技術構成本領域中常識的部分。
[0003]儲能裝置已經在許多應用中使用了多年。一種這樣的儲能裝置是維持兩個電極之間的電能的電容器。然而，對於給定的電極尺寸，電容器僅儲存特定量的電能，因而經常不能滿足應用的、另外足夠小到可實用的電能需要。
[0004]特別地，當應用在大型汽車領域中時，這樣的電容器必須滿足物理尺寸和性能特性的特定組合以使得該電容器有作用。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於克服或改進現有技術的至少一個缺點，或者多提供一種選擇。
[0006]一個實施例提供了一種雙電層電容器，所述雙電層電容器包括:
[0007]至少兩個堆疊的電極，具有相對的各自的活性表面；
[0008]電解質，具有電解質離子，所述電解質允許在每個電極處建立電雙層；
[0009]分隔件，設置在電極中間，以將表面分開和電分離，同時允許電解質離子在電雙層之間移動；以及
[0010]封裝件，具有用於密封地容納電極、分隔件和電解質的內部以及外部，外部具有在一個維度上不大於大約20mm的厚度以及沿著與限定封裝件的覆蓋區的一個維度垂直的平面延伸的區域，其中，電容器的體積功率(瓦特/升)與覆蓋區(cm2)的第一比例大於大約10瓦特/升/cm2。
[0011]在另一個實施例中，所述雙電層電容器包括多重堆疊的電極。
[0012]在另一個實施例中，第一比例大於大約100瓦特/升/cm2。優選地，第一比例大於大約350瓦特/升/cm2。更優選地，第一比例大於大約960瓦特/升/cm2。
[0013]在另一個實施例中，覆蓋區具有至少50cm2的面積。優選地，覆蓋區具有小於或等於I, 260cm2的面積。
[0014]在另一個實施例中，雙電層電容器包括的覆蓋區(cm2)與厚度(cm)的第二比例是至少25cm2/cm。優選地,第二比例小於或等於29，508cm2/cm。
[0015]在另一個實施例中，電容器的體積功率是至少4千瓦/升。優選地，電容器的體積功率是至少10千瓦/升。更優選地，電容器的體積功率是至少20千瓦/升。更優選地，電容器的體積功率是至少30千瓦/升。更優選地，電容器的體積功率是至少48千瓦/升。[0016]在整個說明書中提及的「一個實施例」、「一些實施例」或「實施例」是指結合實施例描述的具體的特徵、結構或特性包括在本實用新型的至少一個實施例中。因此，在整個說明書中的不同位置出現的短語「在一個實施例中」、「在一些實施例中」或者「在實施例中」未必都指相同的實施例，而是可能指相同的實施例。另外，如本領域普通技術人員根據本公開將清楚的是，具體的特徵、結構或特性可以在一個或多個實施例中以任何合適的方式組合。
[0017]如這裡所使用的，除非另外說明，否則使用序數形容詞「第一」、「第二」、「第三」等來描述通常的對象，僅表示正在參考相似的對象的不同的實例，並不表明這樣描述的對象必須在時間上、空間上、次序上或者以任何其他方式處於給定的順序。
[0018]在權利要求和這裡的描述中，術語包含、由…組成或者包括中的任何一個是開放性的術語，其意味著至少包括隨後的元件/特徵，但不排除其他的元件/特徵。因此，當在權利要求中使用術語包括時，不應解釋為限制於後面列出的手段或元件或步驟。例如，包括A和B的裝置表述的範圍不應限制於僅由A和B組成的裝置。這裡使用的術語包括或者包含中的任何一個也是開放性的術語，其也意味著至少包括該術語後面的元件/特徵，但不排除其他的元件/特徵。因此，包括與包含是同義詞，且是指包含。
[0019]如這裡所使用的，與表示性質不同，術語「示例性」以提供示例的意思使用。即，與必須作為示例性性質的實施例不同，「示例性實施例」是作為示例提供的實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]現將參照附圖，僅以示例的方式描述本實用新型的實施例，在附圖中:
[0021]圖1是根據本實用新型的實施例的雙電層電容器的透視圖。
[0022]圖2是圖1的電容器的仰視圖，示出了覆蓋區域(footprint area)。
[0023]圖3是沿圖2的X-X線截取的剖視圖。
[0024]圖4是根據本實用新型的實施例的雙電層電容器的透視圖。
[0025]圖5A是圖1的雙電層電容器的正視圖。
[0026]圖5B是圖1的雙電層電容器的俯視圖。
[0027]圖5C是圖1的雙電層電容器的側視圖。
【具體實施方式】
[0028]參照圖1、2和3，雙電層電容器I包括均具有相應的活性層的兩個堆疊的鋁電極2和3,相應的活性層具有相對的表面4和5。電容器I還包括具有電解質離子(未不出)的電解質，電解質允許在電極2和電極3中的每個處建立電雙層。分隔件8設置在電極2和電極3之間以將表面4和表面5分開以及電分離，同時允許電解質離子在電雙層之間移動。電容器I還包括具有內部11的密封封裝件10以密封地容納電極2和電極3、分隔件8以及電解質。封裝件10還具有外部12，外部12具有沿著垂直於限定覆蓋區(footprint) 14的一個維度的平面延伸的區域。電極2和電極3分別電連接到從內部11延伸到外部12的鋁端子15和16以允許外部電連接到電容器I。
[0029]將理解的是，每個活性層的大部分是活性的，而不僅僅是表面4和5。儘管，強調表面4和表面5也是活性的 。
[0030]在一些實施例中，電極2和電極3分別與端子15和端子16形成為一體。[0031]參照圖1，封裝件10是大體上矩形稜柱形且大體上平面的，其具有兩個端邊緣20和21、兩個相對的側邊緣22和23、平面的頂側24和平面的底側25。參照圖2，封裝件10的底側25的區域限定覆蓋區14。在其他實施例中，覆蓋區14由除了底側25以外的側面5限定。
[0032]在這個實施例中，端子15和端子16穿過邊緣20從內部11延伸到外部12。在其他實施例中，兩個端子不穿過邊緣20。
[0033]參照圖1和圖4，示出了矩形平面端子15和16穿過邊緣20延伸到外部12中以允許與其他電池(包括其他雙電層電容器)以串聯或並聯連接到外部電路或者單獨地連接到外部電路。在優選的實施例中，端子15和端子16在相同的封裝件邊緣上。在其他實施例中，相應的端子可以在不同的邊緣上，例如在相對的或相鄰的邊緣上。圖1中示出的實施例，封裝件10包括沿著密封部分30密封的兩個相對的矩形片，密封部分30圍繞電容器I的全部四個側部延伸。圖4中示出的實施例，封裝件10包括一個摺疊的矩形片，使得重疊區域對齊，並且相對的邊緣彼此相鄰。在這個實施例中，密封部分30圍繞電容器I的四個側部中的三個延伸。
[0034]在其他實施例中，封裝件10的形狀不由矩形稜柱來表示，例如由盤或不規則的形狀來表示。應該理解的是，在其他實施例中，封裝件10不是基本上的平面。
[0035]限定覆蓋區14的區域是具有大約5cmX大約IOcm的尺寸的大體矩形區域，以提供大約50cm2的覆蓋區。在其他實施例中，限定覆蓋區14的區域具有至少大約5cmX至少大約IOcm的尺寸，以提供至少50cm2的覆蓋區。在其他實施例中，限定覆蓋區14的區域具有小於或等於大約42cmX小於或等於大約30cm的尺寸，以提供小於或等於1，260cm2的覆蓋區。在其他實施例中，覆蓋區14具有至少IOOcm2且小於或等於1，260cm2的面積。在其他實施例中，覆蓋區14具有至少IOOcm2且小於或等於1，OOOcm2的面積。在其他實施例中，覆蓋區14具有至少250cm2且小於或等於800cm2的面積。
[0036]第一比例被限定為電容器的體積功率(單位是瓦特/升)與覆蓋區(單位是cm2)的比例。電容器I的第一比例大於大約10瓦特/升/cm2。在另一實施例中，第一比例大於大約100瓦特/升/cm2。在另一實施例中，第一比例大於大約350瓦特/升/cm2。在另一實施例中，第一比例大於大約960瓦特/升/cm2。
[0037]例如，在一個尤其優選的實施例中，電容器I具有13cmX19.5cmX0.94cm的尺寸並且額定值為2.3伏特，其中等效串聯電阻(ESR)為0.21毫歐，從而第一比例為103瓦特/
升 / cm2。
[0038]第二比例被限定為覆蓋區(單位為cm2)與厚度(單位為cm)的比例。電容器I的第二比例大於或等於25cm2/cm且小於或等於29，508cm2/cm。
[0039]例如，在實施例中，覆蓋區為50cm2且厚度為0.53cm，從而得出100cm2/cm的第二比例。該實施例包括1.5毫歐的ESR和968瓦特/升/cm2的第一比例。在2.75伏特下，從1，283瓦特的功率按照每(50cm2 X 0.53cm/1000=0.0265L)每50cm2等於968W/L/cm2來計算出第一比例。在具有與第一實施例相同的覆蓋區、厚度和第二比例的另一個實施例中，第一比例是677瓦特/升/cm2。在2.3伏特下，從897瓦特的功率按照每(50cm2 X 0.53cm/1000=0.0265L)每50cm2等於677W/L/cm2來計算出第一比例。
[0040]在覆蓋區為1，260cm2、十對封裝電極的厚度為0.192cm、ESR為0.2毫歐(包括0.09毫歐的「裸」 ESR加上用於寬端子的0.11毫歐的附加ESR)的實施例中得出47瓦特/升/cm2的第一比例和6563cm2/cm的第二比例。在2.3伏特下，從897瓦特的功率按照每(50cm2X 0.53cm/1000=0.0265L)每 50cm2 等於 677W/L/cm2 來計算出第一比例。如果使用一對電極，則可以實現0.043cm的厚度，並且第二比例為29，508cm2/cm。
[0041]電容器I的體積功率是大約30千瓦/升。在其他實施例中，電容器I的體積功率是至少30千瓦/升。在其他實施例中，電容器的體積功率是至少20千瓦/升。在其他實施例中，電容器的體積功率是至少10千瓦/升。在其他實施例中，電容器的體積功率是至少4千瓦/升。
[0042]在其他實施例中，存在多於兩個的堆疊的電極。例如，在另一實施例中，存在多重的四個堆疊的電極。
[0043]在其他實施例中，厚度13不大於20mm。在其他實施例中，厚度不大於大約15mm。在另外的實施例中，厚度13不大於大約10mm。
[0044]參照圖5A、5B和5C，示出了這個實施例的若干尺寸。在一個實施例中，這些尺寸如下:
[0045]尺寸60 是 131mm。
[0046]尺寸61 是 220mm。
[0047]尺寸62 是 195mm。
[0048]尺寸63 是 45mm。
[0049]尺寸64 是 45mm。
[0050]尺寸65 是 2mm。
[0051]尺寸66 是 106mm。
[0052]尺寸67 是 131mm。
[0053]尺寸68顯示的厚度是9_。
[0054]將理解的是，在其他實施例中，尺寸60至尺寸68不同於以上項目符號點列出的尺寸。
[0055]由於這裡描述的實施例中的電容器在維持啟動車輛所需的能量的同時還足夠薄，並且提供單位覆蓋區的足夠的能量，所以尤其適合汽車應用。這種特徵組合尤其難以實現。啟動車輛的最佳能量由車輛的規格決定。然而，在製造具有過大的覆蓋區的裝置的情況下，同時提供高功率和最小的厚度將電容器的成本以及該超電容器包括在車輛中所需的空間和體積最小化。纖薄具有附加的優點，即允許超電容器設置在通常不易於使用電池的薄空間中。
[0056]應該理解的是，在本實用新型的示例性實施例的以上描述中，出於使本公開簡單化和有助於理解不同發明方面的一個或多個方面的目的，本實用新型的不同的特徵有時在單個實施例、附圖或其描述中組合在一起。然而，本公開的方法不應解釋為反映這樣的意圖，即，要求保護的實用新型需要比每個權利要求中明確地列出的特徵更多的特徵。相反，如權利要求所反映的，發明方面旨在比單個前面公開的實施例的所有特徵少。因此，在【具體實施方式】之後的權利要求據此清楚地併入到該【具體實施方式】中，每項權利要求基於其自身而作為本實用新型的單獨的實施例。
[0057]另外，儘管這裡描述的一些實施例包括一些包括在其他實施例中的其他特徵之外的特徵，但是如本領域技術人員將理解的，不同實施例的特徵的組合意圖在本實用新型的範圍內，並形成不同的實施例。例如，在下面的權利要求中，任何要求保護的實施例可以以任何組合使用。
[0058]在這裡提供的描述中，闡述了許多具體的細節。然而，應該理解的是，本實用新型的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在其他情況下，為了突出對本描述的理解，未詳細示出公知的方法、結構和技術。
[0059]相似地，將注意到的是，當術語結合被用在權利要求中時，不應被解釋為僅限於直接連接。可以使用術語「結合」、「連接」以及它們的派生詞。應該理解的是，這些術語不意圖作為彼此的同義詞。因此，裝置A結合到裝置B的表述不應限制為其中裝置A的輸出端直接連接到裝置B的輸入端的裝置或系統。其意味著在A的輸出端和B的輸入端之間存在路徑，該路徑可以是包括其他裝置或手段的路徑。「結合」可以指兩個或更多個元件直接物理或電接觸，或者兩個或更多個元件不彼此直接接觸，而是彼此協作或相互作用。
[0060]因此，儘管已經描述了認為是本實用新型的優選實施例的內容，但是本領域技術人員將認識到，在不脫離本實用新型的精神的情況下，可以對其做出其他修改和進一步的修改，並且意圖要求保護落入本實用新型範圍內的所有這樣的變化和修改。例如，以上給出的任何方案僅是可以使用的工序的代表。可以從框圖中添加或刪除功能，可以在功能塊間交換操作。在本實用新型的範圍內描述的方法可以添加或刪除步驟。
【權利要求】
1.一種雙電層電容器，其特徵在於，所述雙電層電容器包括: 至少兩個堆疊的電極，具有相對的各自的活性表面； 電解質，具有電解質離子，所述電解質允許在每個電極處建立電雙層； 分隔件，設置在電極中間，將表面分開和電分離，同時允許電解質離子在電雙層之間移動；以及 封裝件，具有用於密封地容納電極、分隔件和電解質的內部以及外部，外部具有在一個維度上不大於20mm的厚度以及沿著與限定封裝件的覆蓋區的一個維度垂直的平面延伸的區域，其中，電容器的單位為瓦特/升的體積功率與單位為cm2的覆蓋區的第一比例大於10瓦特/升/cm2。
2.根據權利要求1所述的電容器，其特徵在於，所述電容器包括多重堆疊的電極。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，第一比例大於100瓦特/升 / cm2。
4.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，第一比例大於350瓦特/升 / cm2。
5.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，第一比例大於960瓦特/升 / cm2。
6.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，覆蓋區具有至少50cm2的面積。
7.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，覆蓋區具有小於或等於I, 260cm2的面積。
8.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，單位為cm2的覆蓋區與單位為cm的厚度的第二比例是至少25cm2/cm。
9.根據權利要求8所述的電容器，其特徵在於，第二比例小於或等於29，508cm2/cmo
10.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，電容器的體積功率是至少4千瓦/升。
11.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，電容器的體積功率是至少10千瓦/升。
12.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，電容器的體積功率是至少20千瓦/升。
13.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，電容器的體積功率是至少30千瓦/升。
14.根據權利要求1或權利要求2所述的電容器，其特徵在於，電容器的體積功率是至少48千瓦/升。
【文檔編號】H01G11/78GK203596278SQ201320408225
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年7月10日 優先權日:2013年7月10日
【發明者】菲利普·布雷特·艾奇遜, 安德魯·古查思維斯基, 約翰·志雄阮, 艾倫·佩裡 申請人:Cap-Xx 有限責任公司