用于能量存储设备的电极石墨膜和电极分配环的制作方法
【专利说明】用于能量存储设备的电极石墨膜和电极分配环
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月14日提交的申请号为61/785,952且发明名称为“用于能量存储设备的电极石墨膜和电极分配环(electrode divider ring) ”的美国临时专利申请的权益，通过引用将其全部内容结合在此。
技术领域
[0003]本发明整体涉及一种电能存储设备，更具体地，涉及一种可提供用于封闭能量存储设备部件中的一种或者多种的密封室的能量存储设备。
【背景技术】
[0004]诸如超级电容器、电池、和/或电池-电容器混合体之类能量存储设备可包括多个个体能量存储单元，诸如，被封闭在共同外部壳体中的个体超级电容器单元、电池单元、和/或电池-电容器混合单元等。该多个个体能量存储单元可通过并联或者串联方式被布置成叠层配置。存在与布置有多个个体能量存储单元的能量存储设备的可制造性、可靠性、以及性能有关的挑战。因此，需要具有提高的可制造性、可靠性、以及性能的能量存储设备。
【发明内容】
[0005]能量存储设备可包括:第一石墨膜、第二石墨膜、以及设置在第一石墨膜与第二石墨膜之间的电极分配环，其中，第一石墨膜、第二石墨膜、以及电极分配环可形成密封外壳。能量存储设备可包括超级电容器。在一些实施方式中，能量存储设备可包括电池。能量存储设备可包括双层电容器、混合式电容器、和/或赝电容器。
[0006]在一些实施方式中，电极分配环的第一边缘的至少一部分延伸至第一石墨膜中，并且电极分配环的第二相对边缘的至少一部分延伸至第二石墨膜中。在一些实施方式中，第一边缘和第二相对边缘中的至少一个具有突起部分和凹陷部分中的至少一个。突起部分和凹陷部分中的至少一个可沿着电极分配环边缘的整体长度延伸。
[0007]在一些实施方式中，能量存储设备可包括面向电极分配环的第一石墨膜的表面上的第一电极膜，以及面向电极分配环的第二石墨膜的表面上的第二电极膜。在一些实施方式中，能量存储设备可包括在第一电极膜与第二电极膜之间的隔膜。
[0008]在一些实施方式中，能量存储设备可包括含水电解质。能量存储设备可包括非水电解质。
[0009]在一些实施方式中，第一电极膜和第二电极膜中的至少一个可包括活性碳材料、石墨稀材料、以及氧化物材料中的至少一种。
[0010]能量存储系统可包括:多个个体能量存储设备，该多个个体能量存储设备在叠层配置中一个位于下一个的上面，其中，该多个个体能量存储设备中的至少一个包括:第一石墨、第二石墨膜、以及设置在第一石墨膜与第二石墨膜之间的电极分配环，其中，第一石墨、第二石墨膜、以及电极分配环可形成密封外壳。
[0011]在一些实施方式中，该多个个体能量存储设备中的至少一个的第二石墨膜与邻近的个体能量存储设备中的第一石墨膜邻近，其中，邻近的第一石墨膜与第二石墨膜电耦接，从而与邻近的个体能量存储设备通过电串联方式耦接。邻近的第一石墨膜与第二石墨膜可彼此直接接触。
[0012]在一些实施方式中，能量存储系统可包括:在第一个体能量存储设备的第一石墨膜处耦接至多个个体能量存储设备的叠层的顶部的第一导电部件，以及在最后的个体能量存储设备的第二石墨膜处耦接至多个个体能量存储设备的叠层的底部的第二导电部件。
[0013]该多个个体能量存储设备中的至少一个可包括超级电容器。该多个个体能量存储设备中的至少一个可包括电池。该多个个体能量存储设备中的至少一个可包括双层电容器、混合式电容器、和/或赝电容器。
[0014]制造能量存储设备的方法可包括:提供电极分配环、第一石墨膜、以及第二石墨膜；将电极分配环的第一边缘压入第一石墨膜的表面；以及将电极分配环的第二相对边缘压入第二石墨膜的表面以形成密封外壳，密封外壳具有作为第一石墨膜的表面和第二石墨膜的表面的相对表面。能量存储设备可包括超级电容器。在一些实施方式中，能量存储设备可包括电池。能量存储设备可包括双层电容器、混合式电容器、和/或赝电容器。
[0015]在一些实施方式中，该方法可包括:将第一电极膜附着至第一石墨膜的表面上以及将第二电极膜附着至第二石墨膜的表面上。
[0016]在一些实施方式中，该方法可包括:在将电极分配环的第二相对边缘压入第二石墨膜的表面中以形成密封外壳之前，浸渍第一电极膜和第二电极膜。
[0017]在一些实施方式中，该方法可包括:在电极分配环内将隔膜放置在第一电极膜上。在一些实施方式中，该方法可包括:在将隔膜放置在第一电极膜上之前，使用电解质浸渍隔膜。
[0018]出于总结本发明和通过现有技术实现的优点之目的，此处描述了特定的目标和优点。当然，应当理解的是，不需要一定必须根据任一【具体实施方式】实现所有的目标和优点。因此，例如，本领域技术人员应当认识到，在不一定必须实现其他目标或者优点的情况下，可通过能够实现或者优化一种优点或者一组优点的方式涵盖或者完成本发明。
[0019]所有的这些实施方式旨在位于此处公开的本发明的范围内。从参考所附图的下列细节描述中，这些实施方式和其他实施方式将对本领域技术人员变得易于显而易见，本发明并不局限于任一具体公开的实施方式。
【附图说明】
[0020]图1A示出了根据一种实施方式的示例性能量存储单元的外侧平面图。
[0021]图1B示出了图1A中的示例性能量存储单元的立体图。
[0022]图2示出了根据一种实施方式的示例性能量存储单元的一部分的俯视平面图。
[0023]图3示出了根据一种实施方式的示例性能量存储单元的截面图。
[0024]图4示出了根据一种实施方式的示例性电极分配环的立体图。
[0025]图5示出了制造能量存储单元的示例性过程。
[0026]图6A示出了根据一种实施方式的具有叠层配置的示例性能量存储设备的截面图。
[0027]图6B示出了图6A中的示例性能量存储设备的立体图。
[0028]图7示出了制造能量存储设备的示例性过程。
【具体实施方式】
[0029]尽管下面描述了特定实施方式和实施例，然而，本领域技术人员应当认识到，本发明延伸至具体公开的实施方式之外和/或使用了显而易见的变形及其等同物。因此，旨在使此处公开的本发明的范围不受下面描述的任意【具体实施方式】的限制。
[0030]在制造具有被封闭在同一外部壳体中的多个个体能量存储单元的能量存储设备时可能遭遇挑战。例如，个体单元之间的电解质材料可能泄露，从而致使发生电短路和设备性能下降或者故障。出于此原因，难以提供个体能量存储单元之间的可靠和可重复性的密封，从而防止电短路。
[0031]此外，个体能量存储设备单元中的一个或者多个部件可能不与单元的电解质兼容，从而导致一种或者多种部件在能量存储设备操作过程中降级。例如，在操作单元的过程中，能量存储单元的导电板，诸如集电体之类，可能在化学和/或机械方面不稳定。例如，在操作单元的过程中，至少部分由于与电解质的化学相互作用，其中包括例如电解质溶剂、和/或结构变形，诸如由于单元膨胀，导电板可发生化学降解。单元在操作过程中的化学和/或机械不稳定性可对电性能产生负面影响，诸如，使单元的操作电压降低。
[0032]实施方式涉及具有便于能量存储设备的稳定操作的部件和/或配置的能量存储设备。一种实施方式是包括叠层配置的多个个体超级电容器单元的能量存储设备，例如，展示增强的电压性能的多个双极超级电容器单元。每个个体超级电容器单元均可包括导电板，导电板包括石墨膜或者基本由石墨膜构成。此处描述的导电板不需要是刚性的，并且例如可包括诸如箔之类的挠性材料。导电板可以是便于单元与单元外部电路之间的电连接的集电体。超级电容器单元可包括两个导电板和位于下面更为详细描述的石墨膜之间的电极分配环，每个导电板均由石墨膜制成。
[0033]两个石墨膜中的每个均可耦接至电极分配环的相对部分上的边缘，以使得该两个石墨膜和电极分配环形成密封外壳，超级电容器单元的其他元件可放置在密封外壳中。石墨膜无气孔或者基本无气孔。这允许基本上几乎不能通过其厚度泄露任何电解质。此外，将密封件放置在石墨膜与电极分配环之间可提供密封的超级电容器单元。
[0034]该实施方式大致上可防止或者消除电解质泄露以及由此个体超级电容器单元之间发生电短路。该实施方式可提供在单元操作过程中展示改善的结构完整性的超级电容器单元。在一些实施方式中，超级电容器单元的叠层中的第一石墨膜和最后石墨膜中的每个均可耦接至诸如铝膜之类的导电元件，从而便于能量存储设备与外部电路之间的连接。应当理解的是，此处提到对“电容器”、“超级电容器”、或者诸如“超级电容器单元”的其部件的任何引用仅是出于示例性之目的，并且在其他能量存储设备的上下文中，包括但不限于电池或者混合式电池-电容器设备，可以容易地对其进行应用或者替换。
[0035]诸如双极超级电容器单元之类的超级电容器单元通常可包括第一电极、第二电极、以及位于第一电极与第二电极之间的隔膜。一个或者多个电极可耦接至集电体，从而便于与外部电路的电接触。电极和隔膜可浸入电解质中，电解质提供在两个电极之间输送离子种类。隔膜可防止两个电极之间的电接触，从而允许在电极之间输送离子种类。
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