低电阻的超电容器的制作方法

本发明涉及一种能量存储装置，更具体而言，涉及一种超电容器。

背景技术

超电容器(ultracapacitor)也被称为超级电容器(supercapacitor)，其作为具有电解电容器和二次电池的中间特性的能量存储装置，具有高效率和半永久寿命的特性，其作为改善二次电池的缺点的短循环和瞬间高电压的问题的储能装置而正在形成市场。

超电容器具有快速充放电的特性，因此，不仅用作手机、平板电脑或者笔记本电脑等的移动设备的辅助电源，而且还用作要求高容量的电动汽车或混合动力车、太阳能电池用电源装置、不间断电源供应装置(uninterruptiblepowersupply：ups)等的主电源或者辅助电源。

通常的超电容器构成为，将涂覆有活性炭(activatedcarbon)的铝集电体和分隔膜(separator)卷绕成圆形并内置于铝壳内的形式。

一个超电容器的电压只有3v以下，因此，当将超电容器用于高电压用途时，使用多个超电容器串联连接而成的超电容器模块。

在图1中示出了通常的超电容器的结构。如图1所示，通常的超电容器包括裸电池110，其配置于圆柱形外壳(未图示)内。裸电池110是，将阳极(未图示)、阴极(未图示)以及用于使阳极和阴极电气分离的分隔膜(未图示)卷绕而形成的。阳极包括阳极板(未图示)和阳极引线分接头112，阴极包括阴极板(未图示)以及阴极引线分接头114。

如图1所示，现有的超电容器分别将阳极引线分接头112和阴极引线分接头114连接于阳极板和阴极板并朝向特定方向引出，由此构成阳极和阴极，该阳极和阴极引线分接头112、114与外部负载连接。

但是，对于现有技术的超电容器100而言，没有考虑到引线分接头的相对于电极板长度的间隔和引线分接头的数量之间的关系，因此，存在有因难以实现低电阻而使电阻增加的问题。

为解决上述问题，虽然可以考虑通过增加阳极引线分接头112和阴极引线分接头114的数量来确保电流移动路径的方法，但是，若仅仅是单纯地增加阳极引线分接头112和阴极引线分接头114的数量，则会发生引线分接头112、114之间的相互干扰，从而存在无法改善电阻特性的问题。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

本发明是为解决上述问题而提出的，其技术问题在于，提供一种能够实现低电阻的超电容器。

解决问题的技术方案

根据为实现上述目的的本发明的一方面的低电阻的超电容器，其包括：第一电极210，其具备具有第一极性的第一电极板212和与所述第一电极板212连接的多个第一电极引线分接头214；第二电极220，其具备具有与所述第一极性相反的第二极性的第二电极板222和与所述第二电极板222相连接的多个第二电极引线分接头224；裸电池200，其具备一个以上分隔膜230，所述一个以上分隔膜230配置在所述第一电极210和所述第二电极220之间，并且用于使所述第一电极210和第二电极220电绝缘。此时，所述裸电池200由所述第一电极210、所述分隔膜230以及所述第二电极220卷绕而形成，使得所述多个第一电极引线分接头214相互重叠，并且使得所述多个第二电极引线分接头224相互重叠，基于公式确定所述第一电极板212和第二电极板222的长度、所述第一电极引线分接头214和第二电极引线分接头224的数量、以及所述第一电极引线分接头214和第二电极引线分接头224之间的间隔。在所述公式中，w为所述第一电极引线分接头214或者第二电极引线分接头224之间的间隔，qlt为所述第一电极引线分接头214或者第二电极引线分接头224的数量，l为所述第一电极板212或者第二电极板222的长度。

所述第一电极板212和所述第二电极板222包括：集电体212a；以及活性层212b，其形成于所述集电体212a，所述集电体212a和所述活性层212b形成为，满足公式在所述公式中，tac为所述活性层212b的厚度，tcc为所述集电体212a的厚度。

根据如上所述的实施例，所述集电体212a的厚度可以是22μm至52μm，所述活性层212b的厚度可以是210μm以下。

在一实施例中，其特征在于，所述活性层212b包含活性炭，所述活性炭气孔内的中孔(mesoporous)和大孔(macroporous)的比表面积之和与所述活性炭气孔的整个比表面积中的比率为1.5％至2.5％。

另一方面，上述低电阻的超电容器还可包括：壳体610，其一面封闭且另一面打开，并且用于容纳所述裸电池200；电解液，其浸渍在所述壳体610内；以及盖体620，其覆盖所述壳体610的另一面。

所述盖体620可包括：第一电极端子622，其用于使所述多个第一电极引线分接头214和从所述超电容器获得电力的负载的第一电极端子相连接；以及第二电极端子624，其用于使所述多个第二电极引线分接头224和所述负载的第二电极端子相连接。

在一实施例中，所述多个第一电极引线分接头214可以从所述第一电极板212的一边朝向第一方向凸出而形成，所述多个第二电极引线分接头224可以从所述第二电极板222的一边朝向所述第一方向凸出而形成。

发明效果

根据本发明，通过对电极板的长度、电极引线分接头的数量以及电极引线分接头之间的间隔进行调整，来能够确保电流移动路径和缓解电极引线分接头之间的相互干扰，从而存在有能够降低超电容器的电阻的效果。

另外，根据本发明，由于超电容器具有低电阻，因此存在有能够使发热最小化，并且能够提高超电容器的能效的效果。

附图说明

图1是示出了通常的超电容器的结构的分解立体图。

图2是示出了本发明一实施例的裸电池的结构的图。

图3a是示出了图2中所示的第一电极板的结构的图。

图3b是示出了第一电极板和第一电极引线分接头相连接的状态的图。

图4是示出了相对电阻基于集电体和活性层的厚度比率变化而发生变化的图表。

图5是示出了相对电阻基于电极板的长度、电极引线分接头的数量以及电极引线分接头之间的间隔而发生变化的表格。

图6是示出了包括图2中所示的裸电池的低电阻的超电容器的结构的图。

图7是在没有母线紧固的情况下相连接的超电容器模块的立体图。

图8是在没有母线紧固的情况下相连接的超电容器模块的分解立体图。

具体实施方式

应该理解的是，在本说明书中记述的术语的含义如下。

应该理解的是，对于单数的描述而言，只要在上下文中并未另行明确定义，就应包括复数的情况，“第一”、“第二”等术语是为了将一个结构要素与其他结构要素区分的，权利要求书不应被这些术语限定。

应该理解的是，“包括”或者“具备”等术语并非事先排除一个或者多个的其它特征或数字、步骤、操作、结构要素、部件或这些组合的存在或者附加可能性。

应该理解的是，“至少一个”的术语包括可以从多个相关项呈现的所有组合。例如，“第一项、第二项以及第三项中的至少一个”是指，不仅可以是第一项、第二项或者第三项中的每一个，而且可以是能够从第一项、第二项以及第三项中的两个以上呈现的所有项的组合。

以下，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。

图2是示出了本发明一实施例的裸电池的结构的图。图2中所示的裸电池200被称为电极元件，所述裸电池200由第一电极210、具有与第一电极210相反的极性的第二电极220以及使第一电极210和第二电极220电气分离的分隔膜(separator)230卷绕而形成。

裸电池200可以以圆形、椭圆形或者方形卷绕而形成。

在一实施例中，若第一电极210为阳极(+)，则第二电极220为阴极(-)，若第一电极210为阴极(-)，则第二电极220为阳极(+)。

为了便于说明，在图2中，仅仅示出了分隔膜230夹设在第一电极210和第二电极220之间的情况，但是，为了使第一电极210或者第二电极220不露出于外部，也可以将分隔膜230额外地设置于第一电极210和第二电极220的外部。

即，裸电池200可以以分隔膜230、第一电极210、分隔膜230、第二电极220以及分隔膜230的顺序层叠并卷绕，或者，可以以分隔膜230、第二电极220、分隔膜230、第一电极210以及分隔膜230的顺序层叠并卷绕。

第一电极210包括第一电极板212和多个第一电极引线分接头214，第二电极220包括第二电极板222和多个第二电极引线分接头224。

在一实施例中，裸电池200由第一电极210、分隔膜230以及第二电极220卷绕而成，使得构成第一电极210的多个第一电极引线分接头214相互重叠，并且使得构成第二电极220的多个第二电极引线分接头224相互重叠。

第一电极板212和第二电极板222的结构相同，并且第一电极引线分接头214和第二电极引线分接头224的结构相同，因此，在以下的对图3的说明中，为了便于说明，以第一电极板212和第一电极引线分接头214为基准对其结构进行说明，省略对第二电极板222和第二电极引线分接头224的结构的说明。

以下，参照图3，对第一电极板和第一电极引线分接头进行更详细的说明。

图3a是示出了第一电极板的结构的图，图3b是示出了第一电极引线分接头连接于第一电极板的状态的图。

首先，参照图3a，对第一电极板212的结构进行说明。如图3a所示，第一电极板212包括集电体212a和活性层212b。

集电体212a起到从活性层212b释放或者供应的电荷的移动通路的作用，其由金属材质形成。集电体可以由金属箔(foil)构成。

活性层212b是用于存储电能的部分，可以利用活性炭(activatedcarbon)来形成在金属材质的集电体212a上。活性层212b可涂覆于集电体212a的两个表面。

在一实施例中，由水蒸气活化法或碱活化法所制造的活性炭可适用于活性层212b，使得超电容器具有低电阻。在根据这种实施例的情况下，电解质的阳离子和阴离子在活性炭气孔内通过充放电而产生的吸附/脱附移动，来降低电荷的扩散电阻。

此时，作为用于降低扩散电阻的气孔大小的中孔(mesopore)和大孔(macropore)的比率越高，相对地能够实现低电阻。但是，中孔(mesopore)和大孔(macropore)的比率越变高，电解质离子能够吸附/脱附的空间越降低，因此可以成为容量低下的原因。

因此，为了在没有容量低下的情况下实现低电阻，活性炭气孔内的中孔(mesoporous)和大孔(macroporous)的比表面积之和与所述活性炭气孔的整个比表面积中的比率为1.5％至2.5％的活性炭，可适用于本发明的活性层212b。

此时，纳米多孔性物质根据气孔的大小可分为微孔(microporous，2nm以下)、中孔(mesoporous，2～50nm)以及大孔(macroporous，50nm以上)，因此，通过去除整个比表面积中的微孔(microporous)的比率，来能够测量活性炭气孔的中孔(mesoporous)和大孔(macroporous)的比表面积之和的比率。

在一实施例中，当测量比表面积时，通过t-plot(harkinsandjura)方法来对基于气孔大小的比率的分析进行建模(modelling)并计算比率，并且，以其作为基础，划分为微孔(micropore)、中孔(mesopore)、大孔(macropore)的比表面积比率并进行计算。

在一实施例中，集电体212a和活性层212b可形成为，具有满足以下公式1记载的条件的厚度比率。

在公式1中，tac表示活性层212b的厚度，tcc表示集电体212a的厚度。

如图4所示，本发明的集电体212a和活性层212b形成为具有公式1所记载的厚度比率的理由是，若集电体212a和活性层212b的厚度比率超过9.7，则相对电阻会急剧变化，由此难以实现低电阻。另外，若集电体212a和活性层212b的厚度比率小于4，则在重复使用超电容器的情况下，活性层的比率降低，由此超电容器的容量可能会降低。

此外，即使在满足公式1的厚度比率的范围内，也需要将集电体212a和活性层设定在适当的厚度范围。

若集电体212a和活性层的厚度非常大(集电体212a和活性层的密度较低的情况)，则活性层内的活性炭之间的接触效率以及活性层和集电体212a之间的接触效率变低，由此超电容器的电阻可能会变大。尤其，在集电体212a和活性层的厚度过大的情况下，当进行加速寿命试验时，难以维持活性炭之间的结合力，因此，超电容器的可靠性将会降低。另外，若集电体212a和活性层的厚度较大，则集电体212a和活性层之间的电子移动路径变长，因此，存在有超电容器的内部电阻变大的问题。

相反，若集电体212a和活性层的厚度较小(集电体212a和活性层的密度较高的情况)，则活性层内的活性炭之间的接触效率以及活性层和集电体212a之间的接触效率变高，由此有利于实现超电容器的低电阻，但是，会存在超电容器的电容量随着活性层的减少而变小的缺点。

因此，为了实现超电容器的低电阻且确保适当的电容量，需要适当地设定集电体212a和活性层的厚度范围。在一实施例中，在公式1定义的范围内，集电体212a可形成为具有22μm至52μm的厚度，活性层可形成为具有210μm以下的厚度。

之后，参照图3b，对与第一电极板212相连接的第一电极引线分接头214进行说明。

第一电极引线分接头214与第一电极板212相连接，并且起到向从超电容器获得电力的外部负载(未图示)供应电力的通路作用。此时，为了确保电流移动路径，如图3b所示，本发明的第一电极210可包括多个第一电极引线分接头214。

在一实施例中，根据以下的公式2确定第一电极板212、第一电极引线分接头214的数量以及多个第一电极引线分接头214之间的间隔。

在公式2中，w表示多个第一电极引线分接头214之间的间隔，qlt表示第一电极引线分接头214的数量，l表示第一电极板212的长度。

如图5所示，可确认到：当公式2中所记载的第一电极板212、第一电极引线分接头214的数量以及多个第一电极引线分接头214之间的间隔的关系式(以下，称为‘关系式’)的值为0.5时，相对电阻具有为100％的非常高的值，当关系式的值增大到0.67时，相对电阻降低到49.3％，当关系式的值增大到0.75时，相对电阻降低到34.3％，当关系式的值增大到0.80时，相对电阻降低到20.9％，当关系式的值增大到0.9时，相对电阻降低到9.4％，当关系式的值增大到0.95时，相对电阻降低到4.2％，当关系式的值增大到0.99时，相对电阻降低到1.0％。即，可以确认到在关系式的值小于1的范围内，其值越变大，相对电阻越降低。

在一实施例中，第一电极引线分接头214可以与第一电极板212形成为一体，并且可以从第一电极板212的一边朝向第一方向凸出而形成。

在另一实施例中，第一电极引线分接头214可以以从第一电极板212的一边朝向第一方向凸出的方式结合在第一电极板212的一面上而形成。此时，第一电极引线分接头214可通过激光焊接等结合于第一电极板212的一面。

以下，参照图6，对应用本发明的裸电池的超电容器进行简单说明。

图6是示出了应用图2中所示的裸电池的超电容器的结构的图。

如图6所示，本发明的低电阻超电容器600包括壳体610、裸电池(未图示)以及盖体620。

壳体610的一面封闭，而其另一面打开，在其内部容纳有图2所示的裸电池200。

此时，以裸电池200的第一电极引线分接头214和第二电极引线分接头224经由壳体610的另一面而露出的方式，将裸电池200插入于壳体610内。

在一实施例中，壳体610可以由塑料材质形成。

在壳体610内浸渍有用于进行电能充电的电解液(未图示)。在另一实施例中，也可以通过将裸电池200在填充有电解液的容器内保管一定时间，来将电解液浸渍在裸电池200内。在又一实施例中，电解液也可以涂覆于裸电池200的第一电极210和第二电极220。

裸电池200与在图2示出的裸电池相同，并且在图2至图5中已对裸电池200进行了说明，因此省略其详细说明。

盖体620结合于壳体610的另一面，由此使壳体610的另一面封闭。通过盖体620防止电解液从壳体610的内部流出到外部。

在一实施例中，在盖体620可形成有：第一电极端子622，其用于使裸电池200的第一电极引线分接头214与从超电容器600获得电力的外部负载的第一电极端子(未图示)相连接；以及第二电极端子624，其用于使裸电池200的第二电极引线分接头224与从超电容器600获得电力的外部负载的第二电极端子(未图示)相连接。

上述盖体620可以通过激光焊接或超声波焊接方法结合于壳体610。

此外，虽然未图示，低电阻超电容器600可额外地包括通气孔(venthole)，其用于将低电阻超电容器600内部的压力引出到外部。在这样的通气孔插入有用于对低电阻超电容器600内部的压力进行调节的压力调节单元(例如，通气阀(未图示))，由此低电阻超电容器600内部的压力被调节。在一实施例中，通气孔可形成于盖体620。

在利用图6所示的低电阻超电容器来构成超电容器模块的情况下，第一低电阻超电容器的第二电极端子通过母线等来与第二低电阻超电容器的第一电极端子相连接。此时，第一低电阻超电容器的第一电极端子连接于外部负载的第一电极端子，而第二低电阻超电容器的第二电极端子连接于外部负载的第二电极端子。

在另一实施例中，在无额外母线紧固的情况下，也可以使多个低电阻超电容器相互连接。以下，参照图7和图8，对在没有母线紧固的情况下相连接的超电容器模块进行更加详细的说明。

图7是在没有母线紧固的情况下相连接的超电容器模块的立体图，图8是在没有母线紧固的情况下相连接的超电容器模块的分解立体图。

为了便于说明，在图7和图8示出了由两个裸电池构成的超电容器模块，但是，也可以将三个以上裸电池通过图7和图8中所示的连接方法来构成超电容器模块。

如图7和图8所示，超电容器模块700包括壳体710、第一裸电池720、第二裸电池730以及盖体740。

壳体710的一面封闭且其另一面打开，第一裸电池720和第二裸电池730容纳于所述壳体710的内部。为此，在壳体710形成有：第一容纳孔712，其用于容纳第一裸电池720；以及第二容纳孔714，其用于容纳第二裸电池730，第一容纳孔712和第二容纳孔714被分隔壁716隔开。

当将第一裸电池720和第二裸电池730分别插入于第一容纳孔712和第二容纳孔714时，第一裸电池720和第二裸电池730以第一裸电池720的第一电极引线分接头722和第二电极引线分接头724以及第二裸电池730的第一电极引线分接头732和第二电极引线分接头734经由壳体710的另一面而露出的方式，插入于第一容纳孔712和第二容纳孔714内。

在一实施例中，壳体710可以由塑料材质形成。

在壳体710内浸渍有用于进行电能充电的电解液(未图示)。在另一实施例中，也可以通过将第一裸电池720和第二裸电池730在填充有电解液的容器内保管一段时间，来将电解液浸渍在第一裸电池720和第二裸电池730内。在又一实施例中，电解液也可以直接涂覆于第一裸电池720和第二裸电池730的第一电极(未图示)和第二电极(未图示)。

第一裸电池720和第二裸电池730与在图2示出的裸电池相同，因此省略其具体说明。

盖体740结合于壳体710的另一面，由此使壳体710的另一面封闭。通过盖体740防止电解液从壳体710的内部流出到外部。

根据与第一裸电池720和第二裸电池730相对应的区域，在盖体740形成有：第一槽742，其用于使第一裸电池720的第一电极引线分接头722露出；第二槽744，其用于使第一裸电池720的第二电极引线分接头724露出；第三槽746，其用于使第二裸电池730的第一电极引线分接头732露出；第四槽748，其用于使第二裸电池730的第二电极引线分接头734露出。

第一裸电池720的第一电极引线分接头722经由第一槽742露出到外部，并且与外部负载的第一电极端子(未图示)相连接。

经由第二槽744所露出的第一裸电池720的第二电极引线分接头724，与经由第三槽746所露出的第二裸电池730的第一电极引线分接头732电连接。第一裸电池720的第二电极引线分接头724可以通过激光焊接与第二裸电池730的第一电极引线分接头732相结合。由此，第一裸电池720和第二裸电池730相互形成串联连接。此时，对第一裸电池720的第二电极引线分接头724和第二裸电池730的第一电极引线分接头732中的至少一个进行弯曲，由此，可以对第一裸电池720的第二电极引线分接头724和第二裸电池730的第一电极引线分接头732进行激光焊接。

在一实施例中，在对第一裸电池720的第二电极引线分接头724和第二裸电池730的第一电极引线分接头732中的至少一个进行弯曲的过程中，可以以各个电极引线分接头724、732中的至少一部分重叠的方式对各个电极引线分接头724、732进行弯曲。在根据这样的实施例的情况下，在对各个电极引线分接头724、732进行焊接之后，会存在有各个电极引线分接头724、732重叠的区域。

在另一实施例中，在对各个电极引线分接头724、732进行弯曲的情况下，也可以弯曲成，各个电极引线分接头724、732相互不重叠，即各个电极引线分接头724、732的末端相接触。不过，以上的两种实施例中，在操作便利性和接触可靠性的方面上，以各个电极引线分接头724、732之间存在重叠区域的方式对各个电极引线分接头724、732进行弯曲的实施例更加优异。

第二裸电池730的第二电极引线分接头734经由第四槽748露出到外部，并且与外部负载的第二电极端子(未图示)相连接。

如图7和图8所示，在无额外母线紧固而构成超电容器模块的情况下，可以无需额外的外壳而将第一裸电池720和第二裸电池730直接插入于壳体710，因此，能够防止因双重外壳(各个裸电池的外壳和壳体)而使制造成本增加的情况，同时能够降低产品重量。

本发明所属技术领域的普通技术人员应该理解的是，在不改变其技术思想或者必要特征的情况下，本发明可以以其他具体形式实施。

因此，应该理解的是，以上进行说明的实施例在全部方面上均是示例性的，并非是用于限定的。本发明的范围是由后述的权利要求范围解释，而非是如上所述的详细说明，并且，权利要求的定义和范围以及从其等价概念导出的所有变更或变形的形式应当被解释为包括在本发明的范围内。