双电层电容器单元及双电层电容器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种双电层电容器单元及双电层电容器。双电层电容器单元（1）包括一对堆叠的铝电极（2）和铝电极（3），铝电极（2）和铝电极（3）分别具有活性层（4）和活性层（5），活性层（4）和活性层（5）彼此相对以限定公共覆盖区域（6）。层（4）和层（5）的厚度都小于200μm。厚度在20μm至40μm范围内的分隔件（7）设置在电极（2）和电极（3）之间以使层（4）和层（5）物理且电分离。单元（1）还包括具有电解质离子的电解质（未示出），以使双电层建立在电极（2）和电极（3）中的每个电极处，其中，公共覆盖区域被标准化的单元（1）的等效串联电阻（ESR）小于1.0欧姆.cm2。该双电层电容器单元可以提供非常高的能量。
【专利说明】双电层电容器单元及双电层电容器【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种双电层电容器单元。已经具体研究了对汽车应用本实用新型的实施例。尽管这里将具体参照该应用对一些实施例进行描述，但是将理解的是，该实用新型不限于这样的使用领域，可应用于更广泛的领域。
【背景技术】
[0002]在整个说明书中，对【背景技术】进行的任何讨论决不应被认为是承认该技术是众所周知的，或者承认该技术构成本领域中常识的部分。
[0003]储能装置已经在许多应用中使用了多年。这样一种储能装置是维持两个电极之间的电能的电容器。然而，对于给定的电极尺寸，电容器仅储存一定量的电能，因此，经常不能满足电能应用的需要，另外对于实际应用而言太小了。
[0004]特别地，当用在大型汽车领域中时，该电容器必须满足实际尺寸和运行特性的特定组合，以使电容器有作用。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于克服或改进现有技术的至少一个缺点，或者多提供一种选择。
[0006]—个实施例提供了一种双电层电容器单兀，所述双电层电容器单兀包括：一对堆叠的电极，分别具有活性层，所述一对堆叠的电极的活性层彼此相对以限定公共覆盖区域(cm2),活性层的厚度都小于200 u m ;分隔件，厚度在20 y m至40 y m的范围内，设置在电极之间将活性层物理且电分离；以及电解质，使双电层建立在每个电极处，其中，公共覆盖区域被标准化的单元的ESR (欧姆）小于I. 0欧姆.cm2。
[0007]在另一实施例中，活性层的厚度都小于lOOym。优选地，活性层的厚度都小于50 u m。更优选地，活性层的厚度都小于45 u m。
[0008]在另一实施例中，公共覆盖区域被标准化的单元的ESR(欧姆)小于0. 95欧姆.cm2。优选地，公共覆盖区域被标准化的单元的ESR (欧姆）小于0. 90欧姆.cm2。
[0009]一个其他实施例提供了一种双电层电容器，所述双电层电容器包括：前述单元中的至少一个单元；封装件，具有外部和密封地包含所述至少一个单元的内部；两个端子，每个端子连接到在所述至少一个单元中的特定组的电极并延伸到外部。
[0010]双电层电容器单元可以提供能够使电阻电压的下降最小化、使电容量(能量）最佳、装置容量和覆盖区域最小的薄电极和薄分隔件。
[0011]在整个说明书中提及的“一个实施例”、“一些实施例”或“实施例”是指结合实施例描述的具体的特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的不同位置出现的短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”或“在实施例中”不必都指同一实施例，而是可以指同一实施例。此外，本领域普通技术人员根据本公开将清楚的是，具体的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。[0012]如这里所使用的，除非另外说明，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述通常的对象，仅表示正在提及的相似对象的不同实例，并且不意图表明这样描述的对象必须时间上、空间上、次序上或者以任何其他方式处于给定的顺序。
[0013]在权利要求和这里的描述中，术语包含、由…组成或包括中的任何一个是开放性术语，其表示至少包括跟随的元件/特征，但并不排除其他元件/特征。因此，术语包括在用在权利要求中时，不应被理解为被限制于其后列出的方式或元件或步骤。例如，包括A和B的装置的表述的范围不应被限制于装置仅由A和B组成。如这里使用的术语包括或包含中的任何一个也是开放性的术语，其也表示至少包括跟随该术语的元件/特征，但不排除其他元件/特征。因此，包括与包含是同义词，意思是包含。
[0014]如这里所使用的，术语“示例性”以提供示例的意思使用，而不是表示性质。即，“示例性实施例”是作为示例提供的实施例，而不是必须是示例性性质的实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]现在将参照附图仅以示例的方式来描述本实用新型的实施例，在附图中：
[0016]图I是根据本实用新型的实施例的双电层电容器单元的透视图。
[0017]图2是根据本实用新型的实施例的双电层电容器单元的透视图。
[0018]图3是图2的双电层电容器单元的可选择的透视图。
[0019]图4是示出封装件的内部的图2和图3的电容器的透视图。
[0020]图5是根据本实用新型实施例的示出封装件的内部的双电层电容器单元的透视图。
`[0021]图6A是图2和图3的双电层电容器的正视图。
[0022]图6B是图2和图3的双电层电容器的俯视图。
[0023]图6C是图2和图3的双电层电容器的侧视图。
【具体实施方式】
[0024]参照图1，双电层电容器单元I包括分别具有活性层4和5的一对堆叠的铝电极2和3,其中，活性层4和5彼此相对以限定公共覆盖区域（common footprint) 6。层4和5的厚度都小于200 u m。厚度在20iim至40iim范围内的分隔件7设置在电极2和3之间以使层4和5分开和电分离。单元I还包括具有电解质离子的电解质(未示出），以使双电层建立在电极2和3中的每个电极处，其中，公共覆盖区域被标准化的单元I的等效串联电阻(ESR)小于 I. 0 欧姆? cm2。
[0025]电解质湿润分隔件7并延伸到层4和5。双电层的厚度为纳米级，双电层通过电解质的物理的电荷分离形成在电极2和3的表面上。
[0026]在其他实施例中，层4和5的厚度都小于IOOii m。在其他实施例中，层4和5的厚度都小于50 u m。在其他实施例中，层4和5的厚度都小于45 u m。
[0027]在其他实施例中，公共覆盖区域被标准化的单元的ESR小于0. 95欧姆.cm2。在其他实施例中，公共覆盖区域被标准化的单元的ESR小于0. 90欧姆.cm2。
[0028]现在参照图2、图3和图4，双电层电容器10包括两个相同的单元11，其中，每个单元基本等同于单元I。电容器10还包括密封封装件12，密封封装件12具有外部14和密封地包含单元11的内部13。电容器10还包括两个基本平坦的铝端子15和16，每个铝端子电连接到在每个单元11中的特定组的电极，并且延伸到外部14。
[0029]在一些实施例中，电极2和3分别整体地形成端子15和16。
[0030]参照图2和图3，封装件12是薄的、平坦的且是矩形的。封装件12包括顶侧面20和下侧面21。封装件具有四个边缘：顶边缘22、与顶边缘22相对的底边缘23以及两个侧边缘24和25。端子15和16从边缘22向外延伸，封装件12沿全部四个边缘22、23、24和25密封以限定周围封闭部分30。使端子15和16从同一边缘向外延伸是特别有利的，因为这使电容器10的整体覆盖区域最小化。
[0031]在其他实施例中，端子15和16分别从诸如边缘22和23的相对的边缘延伸。对于应用而言，这使得有利于使端子从电容器相对侧或不同侧接近。
[0032]在其他实施例中，封装件12不是矩形的。
[0033]在其他实施例中，电容器10包括一个单元11。在其他实施例中，电容器10包括多于两个的单元11。
[0034]参照图5，在其他实施例中，电容器10包括堆叠的铝电极，堆叠的铝电极包括两个端电极30和多个中间电极31。在示出的实施例中，有三个中间电极31，但是在其他实施例中可以有多于三个的中间电极31或者少于三个的中间电极31。端电极30包括一个面向内部的活性层32，中间电极31包括一对相对的活性层33和34。每个活性层32与另一电极的活性层33或活性层34相对，每个剩下的活性层33 (S卩，不与活性层32相对）与活性层34相对。每个电极通过分隔件35与相邻的电极或相邻的多个电极分隔开。
[0035]正如前面的实施例，在本实施例中，通过两个电极“对”与相对的活性层和活性层之间的分隔件来限定每个单元11。然而，在本实施例中，中间电极31构成两个相邻单元11的一部分，其中，活性层33在一个单元中，活性层34在另一单元中。在本实施例中，有四个单元。在一些实施例中，堆叠的电容器10中包括多达100个单元。
[0036]电极30和31中的每个电极与分隔件35叠置，但不总是以相邻的表面全部彼此相对的方式叠置。将理解的是，在其他实施例中，电极30和31的相邻的表面与分隔件35全部彼此相对，因此它们的边缘是相邻的。
[0037]参照图6A、6B和6C，示出了图2和图3的实施例的一系列的尺寸。在一个实施例中，这些尺寸如下：
[0038]尺寸60 为 131mm。
[0039]尺寸61 为 220mm。
[0040]尺寸62 为 195mm。
[0041]尺寸63 为 45mm。
[0042]尺寸64 为 45mm。
[0043]尺寸65 为 2mm。
[0044]尺寸66 为 106mm。
[0045]尺寸67 为 131mm。
[0046]显示厚度的尺寸68为9_。
[0047]将理解的是，在其他实施例中，尺寸60至68不同于上述重点列出的尺寸。
[0048]这里描述的实施例特别适合于汽车使用，因为它们具有足够薄的电极涂料、薄的分隔件和低的ESR。这样组合的元件因非常低的ESR (每一单元从I. O欧姆.cm2至0. 5欧姆.cm2)和非常闻的电压(每一单兀闻达2. 7伏特)以及闻的电容量而提供了非常闻的功率，从而使组合的单元被用于起动内燃机的驱动起动马达。关键地，薄电极与薄多孔分隔件结合从而确保了电容器的单元ESR (以欧姆.cm2为单位)非常低，因此使电阻电压的下降最小化并使电容器保持在运行起动马达需要的电压之上。概括地说，特别重要的性能优势来自于薄电极与薄分隔件的结合。利用较厚的电极可以得到较高的比电容量（以F/cm2为单位)，但是ESR随电极厚度的增加也将增加。此外，为了降低较厚电极的短路的风险，需要较厚的分隔件，分隔件较厚也使得ESR增加。ESR的这种增加意味着为了需要的性能，需要大到难以实现的电极区域来使总装置的ESR足够低。
[0049]这里描述的薄电极和薄分隔件的组合确保了电阻电压的下降被最小化，电容量(能量）最理想，装置体积和覆盖区域最小。
[0050]应该理解的是，在本实用新型的示例性实施例的以上描述中，出于使公开简化并且帮助对不同发明方面中的一个或多个发明方面的理解的目的，本实用新型的不同特征在单个实施例、附图或其描述中组合在一起。然而，本公开的方法不应被解释为反映这样的意图，即，所要求保护的实用新型需要比在每个权利要求中清楚地列出的特征更多的特征。相反，如权利要求所反映的，发明方面在于比前面公开的单个实施例的所有特征少。因此，据此将权利要求清楚地并入到该【具体实施方式】中，将每项权利要求本身作为本实用新型的单独的实施例。
[0051]此外，尽管这里描述的一些实施例包括一些在其他实施例中包括的其他特征之外的特征，但是如本领域技术人员将理解的，不同实施例的特征的组合意图在本实用新型的范围内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求中，任何所要求保护的实施例可以以任何
组合使用。
[0052]在这里提供的描述中，阐述了许多具体的细节。然而，理解的是，实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下进行实践。在其他情况下，为了突出对本描述的理解，未详细示出公知的方法、结构和技术。
[0053]相似地，将注意到的是，当术语结合被用在权利要求中时，不应被解释为仅限制于直接连接。可以使用术语“结合”和“连接”以及它们的派生词。应该理解的是，这些术语不意图作为彼此的同义词。因此，结合到装置B的装置A的表述的范围不应限制于其中装置A的输出端直接连接到装置B的输入端的装置或系统。意思是，在A的输出端和B的输入端之间存在路径，该路径可以是包括其他装置或方式的路径。“结合”可以指两个或更多个元件直接物理接触或直接电接触，或者两个或更多个元件没有彼此直接接触而是彼此协作或相互作用。
[0054]因此，尽管已经描述了本实用新型的被认为是优选实施例的内容，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本实用新型的精神的情况下，可以对其做其他和进一步的修改，并意图要求保护落入本实用新型的范围内的所有这样的改变和修改。例如，上面给出的任何方案仅仅是可以使用的工序的代表。可以从框图中添加或删去功能，可以在功能块之间交换操作。在本实用新型的范围内，对于描述的方法可以添加或删去步骤。
【权利要求】
1.一种双电层电容器单元，其特征在于，所述双电层电容器单元包括： 一对堆叠的电极，分别具有活性层，所述一对堆叠的电极的活性层彼此相对以限定公共覆盖区域，活性层的厚度都小于200 y m ; 分隔件，厚度在20 y m至40 y m的范围内，设置在电极之间将活性层物理且电分离； 电解质，使双电层建立在每个电极处，其中，公共覆盖区域被标准化的所述双电层电容器单元的等效串联电阻小于I. 0欧姆.cm2。
2.根据权利要求I所述的双电层电容器单元，其特征在于，活性层的厚度都小于100 u m0
3.根据权利要求I所述的双电层电容器单元，其特征在于，活性层的厚度都小于50 u m0
4.根据权利要求I所述的双电层电容器单元，其特征在于，活性层的厚度都小于45 u m0
5.根据前述权利要求中任意一项权利要求所述的双电层电容器单元，其特征在于，公共覆盖区域被标准化的所述双电层电容器单元的等效串联电阻小于0. 95欧姆.cm2。
6.根据权利要求5所述的双电层电容器单元，其特征在于，公共覆盖区域被标准化的所述双电层电容器单元的等效串联电阻小于0. 90欧姆.cm2。
7.一种双电层电容器，其特征在于，所述双电层电容器包括： 前述权利要求中任意一项权利要求所述的双电层电容器单元中的至少一个双电层电容器单元； 封装件，具有外部和密封地包含所述至少一个双电层电容器单元的内部； 两个端子，每个端子连接到在所述至少一个双电层电容器单元中的特定组的电极并延伸到外部。
【文档编号】H01G11/52GK203406180SQ201320361091
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】菲利普·布雷特·艾奇逊, 安德鲁·古查思维斯基, 约翰·志雄阮 申请人:Cap-Xx 有限责任公司