用于焊料回流工艺的超级电容器的制作方法

用于焊料回流工艺的超级电容器
1.本技术是申请日为2017年11月16日、申请号为201780072430.6、发明名称为“用于焊料回流工艺的超级电容器”的发明专利申请的分案申请。
2.交叉参考相关申请
3.本技术要求提交日期为2016年11月23日的美国临时专利申请序列号62/425,636的申请权益，该申请通过引用整体并入本文。


背景技术：

4.电能存储单元广泛用于向电子、机电、电化学和其他有用的装置提供电力。例如，双电层超级电容器通常使用一对可极化电极，其包含浸渍有液体电解质的碳粒子(例如，活性炭)。由于粒子的有效表面积和电极之间的小间距，可以实现大的电容值。然而，问题仍然存在。例如，通常希望使用“焊料回流”工艺将电容器附连到电路板，在此工艺中使用焊膏暂时附连电容器，然后加热到相对高的峰值温度(例如，约150℃或更多)以熔化焊膏并将电容器连接到电路板上。然而，遗憾的是，大多数传统的超级电容器对温度高度敏感，因此不能容易地用于焊料回流工艺。
5.因此，目前需要一种改进的超级电容器，其可以在高温下操作并且仍然保持稳定的电性能。


技术实现要素：

6.根据本发明的一个实施例，公开了一种超级电容器，其包括具有侧壁的壳体，侧壁在大致垂直于基部的方向上延伸以限定上端。内腔限定在基部的内表面和侧壁之间。第一和第二导电构件设置在基部的内表面上，第一和第二外部终端设置在基部的外表面上并分别电连接到第一和第二导电构件。电极组件定位在内腔内，该内腔包含从其向外延伸的第一和第二引线。第一和第二引线分别电连接到第一和第二导电构件。非水性电解质与电极组件离子接触，并且盖子设置在侧壁的上端以将电极组件和电解质密封在壳体内。
7.下面更详细地阐述本发明的其他特征和方面。
附图说明
8.参考附图的本说明书的其余部分更具体地阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：
9.图1是可用于本发明的超级电容器的壳体和盖子的一个实施例的顶部透视图；
10.图2是本发明的超级电容器的一个实施例的顶部透视图；
11.图3示出了用于将电极组件连接到图1的壳体的一个实施例；
12.图4是可用于本发明的超级电容器的集电器的一个实施例的示意图；
13.图5是可用于本发明的超级电容器的集电器/碳质涂层构造的一个实施例的示意图；
14.图6是示出用于形成用于本发明的超级电容器的电极组件的一个实施例的示意
图。
15.在本说明书和附图中的附图标记的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
16.本领域普通技术人员应理解，本讨论仅是对示例性实施例的描述，并不旨在限制本发明的更广泛的方面，本发明的更广泛的方面体现在示例性结构中。
17.一般而言，本发明涉及一种超级电容器，其即使在经受高温(例如在回流焊期间经历的高温)之后也能够表现出良好的性能。超级电容器包含壳体，壳体具有在大致垂直于基部的方向上延伸的侧壁。内腔被限定在基部的内表面和侧壁之间，电极组件可以定位在侧壁内。超级电容器还包含盖子，该盖子设置在侧壁的上端以将电极组件密封在壳体内。为了将电极组件附连到壳体，第一和第二导电构件设置在基部的内表面上。电极组件同样包含第一和第二引线，该第一和第二引线从其向外延伸并分别电连接到第一和第二导电构件。第一和第二导电构件又分别电连接到第一和第二外部终端，第一和第二外部终端设置在基部的外表面上。通过选择性地控制电极组件附连和保持在壳体内的方式，本发明人已经发现可以实现各种有益的特性。也就是说，所得到的超级电容器即使在暴露于高温下，例如约150℃或更高，在一些实施例中约200℃或更高，并且在一些实施例中，约200℃至约350℃下，也可表现出优异的电性能。例如，超级电容器可以经受“焊料回流”工艺，其中使其与焊膏接触，然后加热至约150℃或更高的峰值温度，在一些实施例中为约200℃或更多，并且在一些实施例中，从约200℃至约350℃以熔化焊膏并将超级电容器连接到电路板(例如，印刷电路板)。
18.即使在暴露于如此高的温度之后，超级电容器也可保持尺寸稳定并且还可保持良好的电性能。例如，电容器可以是在120hz的频率下并且在没有施加电压的情况下测量的约6法拉/立方厘米(“f/cm
3”)或更高，在一些实施例中约为8f/cm3或更高，在一些实施例中约为9至约100f/cm3，并且在一些实施例中为约10至约80f/cm3。可以使用具有0.0伏特、1.1伏特或2.1伏特(0.5伏峰到峰值正弦信号)的dc偏压的keithley 3330precision lcz测量仪测量电容。工作频率为120hz。可以测试各种温度和相对湿度水平。例如，温度可以是200℃，相对湿度可以是25％或85％。电容可以在这样的温度下保持稳定相当长的一段时间，例如约100小时或更长，在一些实施例中约300小时至约5000小时，并且在一些实施例中，约600小时至约4500小时(例如，168，336，504，672，840，1008，1512，2040，3024或4032小时)。超级电容器还可具有在1khz的频率下确定并且没有施加电压的低等效串联电阻(“esr”)，例如约150毫欧姆或更小，在一些实施例中小于约125毫欧姆，在一些实施例中为约0.01至约100毫欧，并且在一些实施例中约为0.05至约70毫欧姆。esr也可以在这样的温度下保持稳定很长一段时间，如上所述。可以使用具有0.0伏特、1.1伏特或2.1伏特(0.5伏峰到峰值正弦信号)的dc偏压的keithley 3330precision lcz测量仪测量等效串联电阻。工作频率为1khz。可以测试各种温度和相对湿度水平。例如，温度可以是200℃，相对湿度可以是25％或85％。
19.现在将更详细地描述本发明的各种实施例。
20.i.壳体
21.如上所述，本发明的超级电容器采用壳体，电极组件保持并密封在壳体内。例如，
参照图1-3，超级电容器80的一个实施例被示出为包含壳体30。如所示的，壳体30包含在大致垂直于基部37的方向上延伸以限定上端33的侧壁34。基部37同样限定了内表面35和外表面43。可以使用各种不同材料中的任何一种，例如金属、塑料、陶瓷等，来形成侧壁34和基部37。在一个实施例中，例如，侧壁和/或基部可包括一层或多层陶瓷材料，例如氮化铝、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钙、玻璃等，以及它们的组合。在其他实施例中，侧壁和/或基部可包括一层或多层金属，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢(例如，不锈钢)，其合金(例如，导电氧化物)，其复合物(例如涂有导电氧化物的金属)等。
22.如上所述，第一和第二导电构件也用在壳体的内腔内，以便于以机械稳定的方式连接电极组件。例如，再次参考图1-3，第一导电构件42和第二导电构件44设置在基部37的内表面35上并且在大致平行于基部37的平面中延伸。导电构件42和44可以设置成任何形式(例如，垫、板、框架等)，但通常具有相对小的厚度或使所得超级电容器的厚度最小化。例如，导电构件的厚度可以为约0.05至约1毫米，在一些实施例中为约0.05至约0.5毫米，和约0.1至约0.2毫米。导电构件通常由一层或多层金属，例如镍、银、金、锡、铜等，形成。
23.如图3所示，电极组件60包含第一引线62和第二引线64，第一引线62电连接到第一电极(未示出)，第二引线64电连接到第二电极(未示出)。引线62和64从电极组件60的前端向外延伸并分别电连接到第一和第二导电构件42和44。一般而言，引线62和64以这样的方式附连到导电构件42和44，使得引线和导电构件都设置在大致平行于基部37的平面中。当以这种方式附连时，引线的部分63和65可以在垂直于基部37的方向上保持从电极组件60的前端延伸，使得电极组件60的主表面大致垂直于基部37定位。在这样的构造中，因此，引线62和64可以如方向箭头所示向下折叠，使得电极组件60可以保持在壳体30内并且定位成使其主表面大致平行于基部37。当然，应该理解到，这绝不是必需的。在其他实施例中，例如，引线可以设置在电极组件的底表面上，使得它可以简单地堆叠在导电构件42和44上。
24.在任何情况下，电极组件60与导电构件的附连通常可以使用各种已知技术中的任何一种，例如焊接、激光焊接、导电粘合剂等，来实现。在一个特定实施例中，例如，引线62导电构件42和64分别通过导电粘合剂连接到导电构件42和44。导电粘合剂可以由包含树脂组合物的导电金属粒子形成。金属粒子可以是银、铜、金、铂、镍、锌、铋等。树脂组合物可包括热固性树脂(例如，环氧树脂)、固化剂(例如，酸酐)和偶联剂(例如，硅烷偶联剂)。在osako等人的美国专利申请公开no.2006/0038304中描述了合适的导电粘合剂。
25.第一和第二导电构件42和44分别电连接到第一和第二外部终端52和54(图2)，其设置在基部37的外表面43上并在大致平行于基部37的平面中延伸。终端52和54可以设置成任何形式(例如，垫、板，框架等)，但通常具有相对小的厚度或者使得到的超级电容器的厚度最小化并且改善其表面安装在电路板上的能力。例如，终端的厚度可以为约0.05至约1毫米，在一些实施例中为约0.05至约0.5毫米，和约0.1至约0.2毫米。终端通常由一层或多层金属，例如镍、银、金、锡、铜等，形成。如果需要，终端的表面可以用镍、银、金、锡等电镀。如本领域所公知的，确保最终部件可安装到电路板上。在一个特定实施例中，终端分别沉积有镍和银闪光物，并且安装表面也镀有锡焊料层。在另一个实施例中，终端与薄的外金属层(例如，金)一起沉积到基础金属层(例如，铜合金)上，以进一步增加导电性。
26.无论它们形成的方式如何，第一和第二外部终端52和54分别电连接到第一和第二导电构件42和44，以提供与电极组件的所需连接。在一个实施例中，例如，导电构件42和44
可以简单地延伸穿过基部37以形成外部终端52和54。或者，单独的导电迹线(未示出)可以附连到延伸通过基部37的第一导电构件42，以及形成第一外部终端52或者连接到用作外部终端52的附加导电构件。类似地，第二导电构件44可以延伸穿过基部37以形成外部终端54，或者单独的导电迹线(未示出)可以附连到延伸穿过基部37的第二导电构件44，以及形成终端54或者连接到用作终端54的附加导电构件。当使用迹线时，通孔(未示出)可以形成在基部37内以容纳迹线。
27.它们导电构件和外部终端电连接的方式可以如本领域中已知的那样变化。在某些实施例中，例如，可以采用焊接技术，例如超声波焊接、激光焊接、电阻焊接等。在又一实施例中，可以采用导电粘合剂将导电构件连接到相应的终端。
28.当使用时，导电粘合剂通常包含多个由导电材料(例如金属)形成的粒子。合适的导电材料的示例包括，例如，金属，如镍、铜、金、银、镀银铜、镀银镍等，碳材料，如石墨、镀镍碳等；等等。导电粘合剂通常还含有树脂材料，导电粒子分散在树脂材料中。尽管可以使用任何树脂材料，但通常希望使用树脂，该树脂是可固化的热固性树脂，例如环氧树脂、三聚氰胺树脂、马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂等。环氧树脂是特别合适的。合适的环氧树脂的示例包括，例如，缩水甘油醚型环氧树脂，如双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂、溴化环氧树脂和联苯型环氧树脂、环状脂肪族环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、萘型环氧树脂、苯酚芳烷基型环氧树脂、环戊二烯型环氧树脂、杂环环氧树脂等。还有其他合适的导电粘合剂树脂也可以在osako等人的美国专利申请公开no.2006/0038304和chacko的美国专利no.7,554,793中进行了描述。通常，树脂材料占粘合剂干重的约0.5重量％至约50重量％，在一些实施例中占约1重量％至约25重量％，在一些实施例中，占约2重量％至约20重量％。同样，导电粒子通常占以干重计的粘合剂的约50重量％至约99.5重量％，在一些实施例中占约75重量％至约99重量％，在一些实施例中，占约80重量％至约98重量％。粘合剂可以使用已知技术施加，例如丝网印刷、浸渍、电泳涂覆、电子束沉积、喷涂、辊压、刷涂、刮刀铸造、真空沉积、涂覆等。无论如何，一旦施加，导电粘合剂可以使用各种已知技术中的任何一种来固化，例如热固化、光化辐射固化(例如，紫外线辐射、电子束辐射、红外辐射等)等。
29.一旦以期望的方式连接，电极组件就可以密封在壳体内。再次参照图1，例如，超级电容器80还可以包括盖子50，盖子50在电极组件60定位在壳体30内之后定位在侧壁34的上端33上。盖子50可以由陶瓷、金属(例如，铁、铜、镍、钴等，以及它们的合金)、塑料等形成。如果需要，可以在盖子50和侧壁34之间设置密封构件(未示出)，以帮助提供良好的密封。在一个实施例中，例如，密封构件可包括玻璃-金属密封件，环(goodfellow camridge,ltd.)等。侧壁34的高度通常使得盖子50不接触电极组件60的任何表面。当放置在所需位置时，可以使用已知技术，例如焊接(例如，电阻焊接、激光焊接等)，锡焊等，将盖子50密封到侧壁34。
30.ii.电极组件
31.如上所述，电极组件包含分别电连接到第一和第二电极的第一和第二引线。第一电极通常包括包含电耦合到第一集电器的第一碳质涂层(例如，活性炭粒子)的第一电极和包含电耦合到第二集电器的第二碳质涂层(例如，活性炭粒子)的第二电极。分离器也可以
位于第一电极和第二电极之间。下面更详细地描述这样的组件的各种实施例。
32.a.电极
33.如上所述，第一和第二电极通常分别包含第一和第二集电器。应当理解，如果需要，也可以使用额外的集电器，特别是如果超级电容器包括多个能量存储单元。集电器可以由相同或不同的材料形成。无论如何，每个集电器通常由包括导电金属(例如铝、不锈钢、镍、银、钯等，以及它们的合金)的基板形成。铝和铝合金特别适用于本发明。基板可以是箔片、片材、板、网等形式的。基板也可以具有相对小的厚度，例如约200微米或更小，在一些实施例中约1至约100微米，在一些中实施例为约5至约80微米，以及在一些实施例中为约10至约50微米。尽管不是必需的，但是基板的表面可以任选地被粗糙化，例如通过洗涤、蚀刻，喷砂(blasting)等。
34.在某些实施例中，第一和第二集电器中的至少一个，优选两者，还包含多个从基板向外突出的纤维状晶须。不受理论的限制，据信这些晶须可以有效地增加集电器的表面积并且还改善集电器与相应电极的粘附性。这可以允许在第一电极和/或第二电极中使用相对低的粘合剂含量，这可以改善电荷转移并降低界面电阻并因此导致非常低的esr值。晶须通常由含有碳和/或碳与导电金属的反应产物的材料形成。在一个实施例中，例如，该材料可包含导电金属的碳化物，例如碳化铝(al4c3)。参照图4，例如，示出了集电器的一个实施例，其包含从基板1向外突出的多个晶须21。如果需要，晶须21可以可选地从嵌入在基板1内的种子部分3突出。与晶须21类似，种子部分3也可以由包含碳和/或碳与导电金属的反应产物的材料形成，例如导电金属的碳化物(例如，碳化铝)。
35.在基板上形成这样的晶须的方式可以根据需要变化。例如，在一个实施例中，基板的导电金属与烃化合物反应。这样的烃化合物的示例可包括，例如，链烷烃化合物，如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、戊烷等；烯烃类化合物，如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等；乙炔烃化合物，如乙炔；以及任何前述的衍生物或组合。通常希望烃化合物在反应过程中呈气态。因此，可能希望使用烃类化合物，例如甲烷，乙烷和丙烷，它们在加热时呈气态。尽管不是必需的，但烃类化合物的用量通常为约0.1重量份至约50重量份，在一些实施例中为约0.5重量份至约30重量份，基于100重量份的基板。为了引发与烃和导电金属的反应，通常在温度为约300℃或更高的气氛中加热基板，在一些实施例中为约400℃或更高，在一些实施例中为约500℃至约650℃。加热时间取决于所选的确切温度，但通常为约1小时至约100小时。该气氛通常含有相对少量的氧，以最小化在基板表面上形成介电膜。例如，气氛中的氧含量可以为约1体积％或更低。
36.超级电容器还可以包含分别电耦合到第一和第二集电器的第一和第二碳质涂层。虽然它们可以由相同或不同类型的材料形成并且可以包含一个或多个层，但是每个碳质涂层通常包含至少一个包括活化粒子的层。在某些实施例中，例如，活性炭层可以直接定位在集电器之上，并且可以任选地是碳质涂层的唯一层。参考图5，例如，活性炭层21可以设置在集电器上。合适的活性炭粒子的示例可包括，例如，基于椰壳的活性炭、基于石油焦的活性炭、基于沥青的活性炭、基于聚偏二氯乙烯的活性炭、基于酚醛树脂的活性炭、基于聚丙烯腈的活性炭，以及来自天然来源的活性炭，如煤，木炭或其他天然有机物。
37.在某些实施例中，可能期望选择性地控制活性炭粒子的某些方面，例如它们的粒子尺寸分布、表面积和孔尺寸分布，以帮助改善某些类型的电解质在经受一个或多个充放
电循环之后的离子迁移率。例如，至少50体积％的粒子(d50尺寸)的尺寸的范围可以为约0.01至约30微米，在一些实施例中为约0.1至约20微米，并且在一些实施例中为约0.5至约10微米。至少90体积％的粒子(d90尺寸)的尺寸的范围同样可以为约2至约40微米，在一些实施例中为约5至约30微米，并且在一些实施例中为约6至约15微米。bet表面的范围也可以为约900m2/g至约3,000m2/g，在一些实施例中为约1,000m2/g至约2,500m2/g，以及在一些实施例中为约1,100m2/g至约1,800m2/g。
38.除了具有一定的尺寸和表面积之外，活性炭粒子还可含有具有一定尺寸分布的孔。例如，尺寸小于约2纳米的孔(即“微孔”)的量可提供总孔体积的约50体积％或更低的孔体积，在一些实施例中约30体积％或更低，并且在一些实施例中为0.1体积％至15体积％。尺寸在约2纳米和约50纳米之间的孔的量(即，“中孔”)同样可以为约20体积％至约80体积％，在一些实施例中为约25体积％至约75体积％，以及在一些实施例中为约35体积％至约65体积％。最后，尺寸大于约50纳米的孔(即“大孔”)的量可以为约1体积％至约50体积％，在一些实施例中为约5体积％至约40体积％，以及在一些实施例中为约10体积％至约35体积％。碳粒子的总孔体积的范围可以为约0.2cm3/g至约1.5cm3/g，在一些实施例中为约0.4cm3/g至约1.0cm3/g，中孔宽度可以为约8纳米或更小，在一些实施例中约1纳米至约5纳米，在一些实施例中为约2纳米至约4纳米。孔尺寸和总孔体积可以使用氮吸附测量并通过本领域熟知的barrett-joyner-halenda(“bjh”)技术进行分析。
39.如上所述，本发明的一个独特方面是电极不需要含有大量通常用于超级电容器电极的粘合剂。也就是说，粘合剂可以以碳在第一和/或第二碳质涂层中的每100份的约60份或更少的量存在，在一些实施例中为40份或更少，并且在一些实施例中为约1至约25份。粘合剂可以例如占碳质涂层总重量的约15重量％或更少，在一些实施例中为约10重量％或更少，并且在一些实施例为约0.5重量％至约5重量％。然而，当使用时，可以在电极中使用任何各种合适的粘合剂。例如，在某些实施例中可以使用水不溶性有机粘合剂，例如苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙酸乙烯酯均聚物、乙酸乙烯酯乙烯共聚物、乙酸乙烯酯丙烯酸共聚物、乙烯-氯乙烯共聚物、乙烯-氯乙烯-乙烯基乙酸酯三元共聚物、丙烯酸聚氯乙烯聚合物、丙烯酸聚合物、腈聚合物、含氟聚合物如聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯、聚烯烃等，以及它们的混合物。也可以使用水溶性有机粘合剂，例如多糖及其衍生物。在一个具体实施例中，多糖可以是非离子纤维素醚，例如烷基纤维素醚(例如甲基纤维素和乙基纤维素)；羟烷基纤维素醚(例如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基羟丁基纤维素、羟乙基羟丙基纤维素、羟乙基羟丁基纤维素、羟乙基羟丙基羟丁基纤维素等)；烷基羟烷基纤维素醚(例如甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、乙基羟丙基纤维素、甲基乙基羟乙基纤维素和甲基乙基羟丙基纤维素)；羧基烷基纤维素醚(例如羧甲基纤维素)；等等，以及任何前述的质子化盐，例如羧甲基纤维素钠。
40.如果需要，也可以在第一和/或第二碳质涂层的活性炭层内和/或第一和/或第二碳质涂层的其他层内使用其他材料。例如，在某些实施例中，可以使用导电促进剂来进一步提高导电性。示例性导电促进剂可包括例如炭黑、石墨(天然或人造)、石墨、碳纳米管、纳米线或纳米管、金属纤维、石墨烯等，以及它们的混合物。炭黑是特别合适的。当使用时，导电促进剂通常占活性炭粒子在碳质涂层中的每100份中的约60份或更少，在一些实施例中为40份或更少，在一些实施例中为约1至约25份。导电促进剂可以例如占碳质涂层的总重量的
约15重量％或更少，在一些实施例中为约10重量％或更少，并且在一些实施例中为约0.5重量％至约5重量％。活性炭粒子同样通常占碳质涂层的85重量％或更多，在一些实施例中为约90重量％或更多，并且在一些实施例中为约95重量％至约99.5重量％。
41.将碳质涂层施加到集电器的特定方式可以如本领域技术人员所熟知的那样变化，例如印刷(例如，轮转凹版印刷)、喷涂、缝模涂覆、滴涂、浸涂。无论其施加方式如何，通常将所得电极干燥以从涂层中除去水分，例如在约100℃或更高的温度下，在一些实施例中为约200℃或更高，和在一些实施例中为约300℃至约500℃。电极也可以被压缩(例如，压延)以优化超级电容器的容积效率。在任何任选的压缩之后，每个碳质涂层的厚度通常可以根据超级电容器的所需电性能和操作范围而变化。然而，通常，涂层的厚度为约20至约200微米，30至约150微米，并且在一些实施例中，为约40至约100微米。涂层可以存在于集电器的一侧或两侧。无论如何，整个电极(包括在任选压缩后的集电器和碳质涂层)的厚度通常在约20至约350微米的范围内，在一些实施例中为约30至约300微米，并且在一些实施例中为约50至约250微米。
42.b.分离器
43.电极组件还可包含位于第一和第二电极之间的分离器。如果需要，其他分离器也可用于本发明的超级电容器中。例如，一个或多个分离器可以位于第一电极、第二电极或两者之上。分离器使得一个电极与另一个电极电分离以帮助防止电短路，但仍允许在两个电极之间传输离子。在某些实施例中，例如，可以使用包括纤维素纤维材料(例如，气流成网纸幅、湿法成网纸幅等)、非织造纤维材料(例如，聚烯烃非织造纤维网)、织造织物、薄膜(例如，聚烯烃薄膜)等。纤维素纤维材料特别适用于超级电容器，例如含有天然纤维、合成纤维等的那些。用于分离器的合适纤维素纤维的具体示例可包括，例如，硬木浆纤维、软木浆纤维、人造丝纤维、再生纤维素纤维等。无论采用何种特定材料，分离器的厚度通常为约5至约150微米，在一些实施例中为约10至约100微米，在一些实施例中为约20至约80微米。
44.这些部件组装到电极组件中的方式可以如本领域中已知的那样变化。例如，电极和分离器可以最初折叠、缠绕或以其他方式接触在一起以形成电极组件。在一个特定实施例中，电极是分离器，可以折叠成具有“果冻卷”构造的电极组件。参照图6，例如，示出了这种果冻卷电极组件的一个实施例，其包含第一电极92、第二电极94和位于电极92和94之间的第一分离器91。在该特定实施例中，第二分离器93也与第一电极90相邻，但应该理解到，也可以使用单个分离器，其仅包围第一电极90。无论如何，电极的两个涂覆表面中的每一个被分离器分开，从而最大化每单位体积和电容的表面积。如图6(a)所示，引线62和64从电极92和94向外延伸超过分离器91和93的边缘。除了提供连接到壳体结构的引线外，这还有助于防止由于电极之间的电流流动而“短路”。在任何情况下，为了形成电极组件，将电极和分离器折叠在一起，使得引线保持暴露。例如，在图6中，采用三(3)个单独的折叠。即，图6(b)示出第一折叠，图6(c)示出第二折叠，和图6(c)示出第三折叠，其中每个折叠用于实现如图6(d)所示的电极组件60的最终结构。当然，应该理解的是，可以使用任何数量的折叠，例如1个或更多，在一些实施例中为2个或更多，并且在一些实施例中为3个或更多。
45.iii.电解液
46.为了形成电化学单元，本发明的超级电容器还含有与电极组件离子接触的电解质。可以以本领域已知的各种方式使电解质安置成与电极组件接触。在某些实施例中，例
如，电解质可以安置成在其结合到壳体中之前与电极组件接触(例如，浸渍、涂覆等)。除了与电极组件预接触之外或代替与电极组件的预接触，电解质也可以在电极组件设置在其中之后供应到壳体的内腔。无论如何，电解质的施加通常在盖子附连到侧壁的上端之前发生，如上所述的。
47.电解质通常本质上是非水性的，因此通常含有至少一种非水性溶剂。为了有助于延长超级电容器的操作温度范围，通常希望非水性溶剂具有相对高的沸腾温度，例如约150℃或更高，在一些实施例中为约200℃或更高，并且在一些实施例中为约220℃至约300℃。特别合适的高沸点溶剂可包括，例如，环状碳酸酯溶剂，例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯等。由于其高导电性和分解电压，以及它能够在很宽的温度范围内使用，碳酸亚丙酯特别适合。当然，也可以单独使用其他非水性溶剂或与环状碳酸酯溶剂组合使用。这样的溶剂的示例可包括，例如，开链碳酸酯(例如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等)、脂族单羧酸酯(例如乙酸甲酯、丙酸甲酯等)、内酯溶剂(例如，丁内酯戊内酯等)、腈类(如乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈等)、酰胺类(如n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二乙基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮)、烷烃类(例如，硝基甲烷、硝基乙烷等)、硫化合物(例如环丁砜、二甲基亚砜等)；等等。
48.电解质还可含有至少一种离子液体，其溶解在非水性溶剂中。虽然离子液体的浓度可以变化，但通常希望离子液体以相对高的浓度存在。例如，离子液体可以以约0.8摩尔/升(m)或更多量的电解质存在，在一些实施例中为约1.0m或更高，在一些实施例中为约1.2m或更高，并且在一些实施例中为约1.3至约1.8m。
49.离子液体通常是具有相对低的熔融温度的盐，例如约400℃或更低，在一些实施例中为约350℃或更低，在一些实施例中为约1℃至约100℃，并且在一些实施例中为约5℃至约50℃。盐含有阳离子物质和抗衡离子。阳离子物质含有具有至少一个杂原子(例如，氮或磷)作为“阳离子中心”的化合物。这样的杂原子化合物的示例包括，例如，未取代的或取代的有机季铵化合物，例如铵(例如，三甲基铵、四乙基铵等)、吡啶鎓、哒嗪鎓、金字塔鎓(pyramidinium)、吡嗪鎓(pyrazinium)、咪唑鎓、吡唑鎓、恶唑鎓、三唑鎓、噻唑鎓、喹啉鎓、哌啶鎓、吡咯烷鎓、季铵螺环化合物，其中两个或多个环通过螺原子(例如，碳、杂原子等)连接在一起，季铵稠合环结构(例如，喹啉鎓、异喹啉鎓等)等。在一个具体实施例中，例如，阳离子物质可以是n-螺双环化合物，例如具有环的对称或不对称n-螺双环化合物。这样的化合物的一个例子具有以下结构：
[0050][0051]
其中m和n独立地为3至7的数，并且在一些实施例中为4至5的数(例如，吡咯烷鎓或哌啶鎓)。
[0052]
适用于阳离子物质的抗衡离子同样可包括卤素(例如氯化物、溴化物、碘化物等)；硫酸盐或磺酸盐(例如甲基硫酸盐、乙基硫酸盐、丁基硫酸盐、己基硫酸盐、辛基硫酸盐、硫
酸氢盐、甲磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、三氟甲磺酸盐、十七氟辛烷磺酸盐、十二烷基乙氧基硫酸钠等)；磺基琥珀酸酯；酰胺(例如，二氰胺)；酰亚胺(例如，双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、双(三氟甲基)酰亚胺等)；硼酸盐(例如四氟硼酸盐、四氰基硼酸盐、双[草酸根]硼酸盐、双[水杨酸盐]硼酸盐等)；磷酸酯或次膦酸酯(例如六氟磷酸盐、二乙基磷酸盐、双(五氟乙基)次膦酸盐、三(五氟乙基)-三氟磷酸盐、三(九氟丁基)三氟磷酸盐等)；锑酸盐(例如六氟锑酸盐)；铝酸盐(例如，四氯铝酸盐)；脂肪酸羧酸盐(例如油酸盐、异硬脂酸盐、十五氟辛酸盐等)；氰酸盐；醋酸盐；等等，以及任何前述的组合。
[0053]
合适的离子液体的几个示例可包括，例如，螺-(1,1')-联吡咯烷四氟硼酸盐、三乙基甲基铵四氟硼酸盐、四乙基铵四氟硼酸盐、螺-(1,1')-联吡咯烷碘化物、三乙基甲基碘化铵、四乙基铵碘化物、甲基三乙基铵四氟硼酸盐、四丁基铵四氟硼酸盐、四乙基铵六氟磷酸盐等。
[0054]
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以实施本发明的这些和其他修改和变化。另外，应该理解的是，各种实施例的各方面可以全部或部分地互换。此外，本领域普通技术人员将理解，前面的描述仅是示例性的，并不意图限制在所附权利要求中进一步描述的本发明。