CN101022056B

CN101022056B - 电极与引线之间的连接结构、具有该结构的电双层电容器及其制造方法

Info

Publication number: CN101022056B
Application number: CN2007100080699A
Authority: CN
Inventors: 姜镇娥; 李熙英
Original assignee: LS Cable Ltd
Current assignee: LS Cable and Systems Ltd
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: CN101022056A; US7768770B2; US20070188978A1; KR20070081915A; JP2007221090A; KR100774735B1

Abstract

一种将引线电连接到电极的连接结构，其中极化电极层形成在集流器板的表面上。所述电极的将要接合所述引线的区域不含有所述极化电极层。所述引线通过压合而接合到所述集流器板，随后所述引线被挤压到所述集流器板。这种连接结构可保持电容器的电容量并提高接触可靠性。还提供了具有上述结构的电双层电容器以及制造该电容器的方法。

Description

电极与引线之间的连接结构、具有该结构的电双层电容器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电极与引线之间的连接结构、具有该结构的电双层电容器以及制造该电容器的方法，且特别涉及一种可保持电容器的电容量并提高接触可靠性的电极与引线之间的连接结构、具有该结构的电双层电容器以及制造该电容器的方法。

背景技术

超级电容器的电容量至少为传统电容器的300倍。此外，超级电容器可存储的能量比电池相对较少，但是它能在非常短的时间内提供约10到100倍于电池的瞬时峰值功率。因此，超级电容器被用作替代或补充电池的能量装置。

其中一种超级电容器为电双层电容器，利用不同于利用化学反应的电池的电能储存机制，将电荷储存在形成于电解液界面中的离子层，即所谓电双层内。也就是说，超级电容器以物理电荷积累的方式储存电能。因此，超级电容器不会表现出重复使用所引起的退化，并且其寿命周期没有限制。考虑到以上特征，超级电容器被用作需要长时间使用而不需大量能量的能量装置。

在普通的电双层电容器中，正电极箔和负电极箔以及相应的引线是通过超声波焊接、铆接(caulking)或挤压(compressing)来接合的。

超声波焊接形成的接合的较好的一方面是由于金属彼此连接而电阻低。然而，由于在正电极膜表面上形成的电介质氧化物层的效应，因此超声波焊接接合不利于确保足够的接合力。此外，还有另一问题，就是在超声波焊接工艺中产生的火花所造成的杂质附着到超声波焊接接合点。

通过铆接形成的接合的较好的一方面是这种接合可提供足够的接合力。然而，问题是，在正电极膜和负电极膜与引线之间造成了相对高的接触电阻。

通过挤压形成的接合因为金属能够彼此紧密连接而表现出低接触电阻，类似于超声波焊接。然而，问题是，与超声波焊接接合和铆接接合相比，这种接合提供的接合力较低。

发明内容

构思本发明为的是解决现有技术的问题，因此本发明的目的是提供：一种电极与引线之间的连接结构，该连接结构能够通过将电容器的电极与引线之间的电阻减至最小并提高引线的接触可靠性而使得电容器的电极与引线之间的接触电阻最小；具有上述电容器的电双层电容器；以及制造上述电容器的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种将引线电连接到电极的连接结构，其中极化电极层形成在集流器板的表面上，其中所述电极的将要接合所述引线的区域不含有所述极化电极层，并且所述引线通过压合(stitching)而接合到所述集流器板，随后所述引线被挤压到所述集流器板。

优选地，至少一个引线附接到所述集流器板。此

外，电极与引线之间的接触面积优选处于10mm²至300mm²的范围内。此处，优选在引线接合区域至少设置三个压合销。并且，各销孔的直径优选为0.2mm至5mm。

同时，与所述电极将要接合所述引线的区域相对的区域也可不含有极化电极层。此处，极化电极层优选为活性碳涂层。

所述隔离件在所述负电极引线与所述正电极引线之间的表面距离，即沿该隔离件的表面测得的距离，优选处于0.3cm至30cm的范围内。

在本发明的另一方案中，还提供一种电双层电容器，其包含正电极和负电极，在所述正电极和负电极的每一个中，在集流器板的表面上形成极化电极层，正电极引线和负电极引线分别连接到所述正电极和负电极，隔离件插入在所述正电极与所述负电极之间，且电解液浸透所述隔离件，其中各电极的将要接合所述引线的区域不含有所述极化电极层，并且各引线通过压合而接合到所述集流器板，随后各引线被挤压到所述集流器板。

优选地，至少一个正电极引线或负电极引线接合到每个电极。并且，各电极与正电极引线或负电极引线之间的接触面积优选处于10mm²至300mm²的范围内。此外，优选在每个引线接合区域至少设置三个压合销。并且，各销孔的直径优选为0.2mm至5mm。

同时，与所述电极将要接合所述引线的区域相对的区域也可不含有极化电极层。此处，极化电极层优选为活性电极涂层。

优选地，分别接合所述正电极引线和负电极引线的所述正电极和负电极设置为，在所述正电极与所述负电极基于所述隔离件对称的方向上，以预定距离间隔开。此外，所述隔离件和电极优选沿其长度方向卷绕成卷筒形。此处，由以下公式定义的各引线的定位(L)，优选大于0.1并小于1。

优选地，所述隔离件在所述负电极引线与所述正电极引线之间的表面距离，即沿该隔离件的表面测得的距离，处于0.3cm至30cm的范围内。此外，在所述隔离件和电极卷绕起来之后，所述负电极引线与正电极引线之间的直线距离优选处于5mm至30mm范围内。并且优选地，所述负电极基于卷绕起来的卷筒的中心设置在正电极的相对较外侧。

在本发明的又一方案中，还提供一种制造电双层电容器的方法，该方法包括以下步骤：(a)通过在正集流器板和负集流器板上除了要接合引线的区域之外的区域涂覆极化电极层，来制备正电极和负电极；(b)将引线压合到所述正电极和负电极的要接合引线的区域，并随后将所述引线挤压到该区域；(c)将接合所述引线的所述正电极和负电极卷绕成卷筒形，隔离件插入在所述正电极与所述负电极之间；以及(d)将电解液浸透隔离件。

优选地，与将要接合引线的区域相对的区域不含有所述极化电极层。

优选地，步骤(c)包括以下步骤：在基于所述隔离件对称的方向上设置所述正电极和负电极；以及将所述正电极、负电极及隔离件卷绕成卷筒形，使得所述负电极位于外侧。

在设置所述正电极和负电极时，所述隔离件在所述负电极引线与所述正电极引线之间的表面距离，即沿该隔离件的表面测得的距离，优选控制在0.3cm至30cm的范围内。此外，通过压合接合引线时，优选使用至少三个销。更优选的是，当通过压合来接合所述引线时，将销孔形成为0.2mm至5mm大小。此外，当挤压所述引线时，优选施加0.3Mpa或更高的压强。

附图说明

从以下参照附图对实施例所作的描述，本发明的其它目的和方案将会变得显而易见，附图中：

图1是示出根据本发明优选实施例的电双层电容器的电极的展开状态的平面图；

图2是示出提供给根据本发明优选实施例的电双层电容器的电极的展开状态的剖视图；

图3是示出根据本发明优选实施例的电双层电容器的隔离件的局部剖视图；

图4是示出通过卷绕设置在根据本发明优选实施例的电双层电容器的电极而获得的卷绕元件的示意图；而

图5是示出制造根据本发明优选实施例的电双层电容器的方法的流程图。

具体实施方式

以下参照附图详细描述根据本发明的优选实施例。在描述之前应当理解的是，说明书与所附权利要求书中使用的术语不应解释为仅限于通常的或字典上的含义，而是根据发明人为了最好地进行说明而可适当地定义术语的原则，基于对应于本发明技术方案的含义和概念来解释。因此，这里提供的描述仅仅是为了说明目的的优选实例，而不是为了限制本发明的范围，因此应当理解的是，可作出其它等同物或改型而不脱离本发明的精神和范围。

图1是示出根据本发明优选实施例的电双层电容器的电极的展开状态的平面图。图2是示出提供给根据本发明优选实施例的电双层电容器的电极的展开状态的剖视图。图3是示出根据本发明优选实施例的电双层电容器的隔离件的局部剖视图。

参照图1至3，本实施例的电双层电容器包括：正电极11和负电极12，正电极11和负电极12在集流器板1、3的表面上形成有极化电极层2、4；引线41、42，分别附接到电极11、12；以及隔离件30，插入在电极11与电极12之间。

正电极11包括正集流器板1和极化电极层2。此处，正集流器板1是普通的金属箔，并且是由带状导电材料制成的。此外，在正集流器板1的表面上形成的极化电极层2是由活性碳涂层制成的。并且，正集流器板1的由正电极引线41附接到的表面区域优选不含有极化电极层2。

此外，正集流器板1的与由正电极引线41附接到的上述表面区域相对的表面区域同样优选不含有极化电极层2。

同时，当正电极引线41附接到正电极11时，如果正电极引线41与正集流器板1之间的接触面积等于或小于10mm²，则正电极引线41和正集流器板1可能因连接可靠性恶化而分开。此外，如果该接触面积等于或大于300mm²，则电容可能恶化。因此，正电极引线41与正集流器板1之间的接触面积优选处于10mm²至300mm²范围内。

此外，正电极引线41在被压合到正集流器板1上之后再被挤压到正集流器板1上。此处，如果将3个或更少的销用于压合，则正电极引线41可能从正集流器板1分离。并且，如果压合所产生的销孔的直径为0.2mm或更小，则可能不能适当地进行压合，从而使已接合到正集流器板1的正电极引线41从正集流器板1分离。此外，如果销孔的直径为5mm或更大，正集流器板1就可能断裂。因此，压合工艺中产生的销孔优选直径范围为0.2mm至5mm。此外，如果以小于0.3Mpa的压强将正电极引线41挤压到正集流器板1上，则正电极引线41的压合部分的接触可靠性可能恶化。此外，因压合而可能留下尖锐端。因此，优选在0.3Mpa或更高压强下将正电极引线41挤压到正集流器板1上。

同时，负电极12包括由普通电容器电极构成的负集流器板3，类似于正电极11。此外，由活性碳涂层和负电极引线42构成的极化电极层2附接到负集流器板3，负电极引线42用于将充至电容器中的“负电荷”传送到外部。

此外，在对正电极11的说明中所描述的接触面积、用于压合的销的数目以及压合所产生的销孔的直径，同样地适用于负电极12。此外，对于负集流器板3与负电极引线42之间的连接而言，负集流器板3的由负电极引线42附接到的表面区域优选不含有极化电极层4，这类似于正电极引线41的连接。更优选的是，负集流器板3的与由负电极引线42附接到的表面区域相对的表面区域可不含有极化电极层4。

图4是示出通过卷绕设置在根据本发明优选实施例的电双层电容器的电极而获得的卷绕元件(taken-up unit)的示意图。

参照图4，可卷绕正电极11、负电极12以及隔离件30，从而将它们重新构造为卷筒形的卷绕元件50。此处，在卷绕元件50中，优选负电极12位于正电极11的相对较外侧。

当构造卷绕元件50时，如果隔离件30的介于正电极引线41与负电极引线42之间的表面距离(例如沿隔离件30的表面测得的距离)为0.3cm或更小，则在卷绕工艺之后正电极引线41与负电极引线42可能彼此接触，这可能导致短路。此外，如果该表面距离为30cm或更大，在卷绕工艺之后正电极引线41与负电极引线42也可能彼此接触，这也可能导致短路。因此，在卷绕工艺之前，正电极引线41与负电极引线42之间的表面距离的范围优选为0.3cm至30cm。

此外，在卷绕工艺之后，如果正电极引线41与负电极引线42之间的间距S为5mm或更小，则引线41、42可能彼此接触，这可能引起短路。此外，如果间距S为30mm或更大，则正电极引线41和负电极引线42可能与外壳接触，这可能引起短路。因此，在卷绕工艺之后，正电极引线41与负电极引线42之间的间距S的范围优选为5mm至30mm。

同时，引线41、42的定位是根据以下的公式1确定的。如果引线41、42的定位L小于0.1，或者等于或大于1，则在与外部端子接触时，引线41、42可能被短路。因此，引线41、42的定位L优选满足0.1≤L<1的关系。

公式1

L = \sqrt{\frac{d^{2} πA}{V}}

此处，d是从电容器的中心轴到正电极引线41或负电极引线42的距离，V是正电极11、负电极12以及隔离件30的体积之和，而A是电容器的高度。

以下，将基于实验给出详细说明，以表明根据本发明的电容器能稳定地保持足够的电容量而不短路，并且还能确保低的初始电阻值。

实验性实例1

根据图3所示结构构造五个电容器。在构造各电容器时，仅从引线要接合到电极的区域处除去活性碳涂层。此外，同时利用压合和挤压将引线接合到电极。此后，将电容器卷绕，并随后获得在1kHz的初始电阻值、在0.1A低电流模式下的电容量以及在3A高电流模式下的电容量的平均值。

实验性实例2

构造五个电容器，类似于实验性实例1。但是，不仅从引线要接合到电极的区域处除去活性碳涂层，而且还从与上述区域相对的区域处除去活性碳涂层。此外，同时利用压合和挤压将引线接合到电极。此后，将电容器卷绕，并随后在与实验性实例1相同的条件下，获得电容器的初始电阻值和电容量的平均值。

比较性实例1

构造五个电容器，类似于实验性实例1。但是，在构造各电容器时，在涂覆了活性碳的正电极和负电极中，从将要接合引线的区域处除去活性碳涂层。此外，利用压合将引线接合到电极。此后，将电容器卷绕，并随后在与实验性实例1相同的条件下测量电容器的初始电阻值和电容量，且随后获得它们的平均值。

比较性实例2

构造五个电容器，类似于实验性实例1。但是，不从将要接合引线的区域处除去活性碳涂层。此外，同时利用压合和挤压将引线接合到电极。此后，将电容器卷绕，并随后在与实验性实例1相同的条件下获得电容器的初始电阻值和电容量的平均值。

以下表1示出电容器的电容量和初始电阻值的平均值，它们是通过实验性实例1、2以及比较性实例1、2获得的。

表1

平均值	电容量[F](@0.1A)	电容量[F](@3A)	初始电阻值[mΩ](@1kHz)
				比较性实例1	-	-	-	短路
比较性实例2	50.5	41	19.2
				实验性实例1	50.2	46	10.3
实验性实例2	50	47	10.5

参看表1，在实验性实例1、2中，从引线的接合区域、或从引线的接合区域及其相对侧除去活性涂层，电容器的电容量并未因此而显著减少。然而，可以发现比较性实例2中(此实例中未除去活性碳涂层)的初始电阻值显著增加了。此外，还应当理解，如果不除去活性碳涂层(比较性实例2)，电容器的电容量在高电流模式下显著减少。

此外，虽然除去了活性碳涂层(比较性实例1)，应当理解的是，如果仅利用压合将引线接合到电极，会发生短路。因为如果仅利用压合来接合引线，引线就形成尖锐端，尖锐端在卷绕工艺中会损伤隔离件并引起电连接。

以下，将参照上述电双层电容器的各元件以及图5，描述用于制造根据本发明优选实施例的电双层电容器的方法。

首先，制备隔离件30、正电极11以及负电极12，作为电双层电容器的元件(S10)。

此时，通过在正集流器板1和负集流器板3的外表面上形成极化电极层2、4，来制备正电极11和负电极12，其中正集流器板1和负集流器板3是由导电材料制成的。此处，极化电极层2、4优选由活性碳涂层构成。此后，从正电极11和负电极12的将要接合引线41、42的表面区域除去极化电极层2、4。作为替代方案，也可以从一开始就不在将要接合引线41、42的区域上形成极化电极层2、4。

随后，将正电极引线41和负电极引线42分别接合到正电极接合部分21和负电极接合部分22，并随后将它们挤压到正电极接合部分21和负电极接合部分22(S20)。此时，将引线41、42的接合面积控制在10mm²至300mm²的范围内。此外，将压合销的数目设定为3个或更多。此时，将压合销孔的直径设定为0.2mm至5mm。并且，将压强设定为0.3Mpa或更高。压合条件和挤压条件的理由上文已作了解释。

然后，将隔离件30插入接合引线的正电极11与负电极12之间(S30)。此时，将设置在正电极11和负电极12的引线41与引线42之间的间隔距离控制在0.3cm至30cm的范围内。这一条件的理由上文已作了解释。此后，将正电极11、负电极12以及隔离件30卷绕，以形成如图4所示的卷绕元件50(S41、S42)。此外，将卷绕器件50浸入电解液，并随后密封于外壳内，从而完成电双层电容器(S50)。

已经详细描述了本发明。然而，应理解详细描述和特定实例尽管说明了本发明的优选实施例，但却仅仅是以例示方式给出的，因为对于本领域技术人员来说，根据此详细描述，各种处于本发明的精神和范围内的改动和修改将显而易见。

工业实用性

根据本发明的电双层电容器和引线连接方法，通过以优化方式从电极与引线的接合区域除去活性碳涂层，将电容器因除去活性碳涂层而产生的电容量减少最小化。

此外，通过压合接合或挤压接合来接合引线，本发明可将电极与引线之间的接触电阻最小化，并且提高引线的接触可靠性。

Claims

1.一种电双层电容器，包含正电极和负电极，在所述正电极和负电极的每一个中，在集流器板的两个表面上形成有极化电极层，正电极引线和负电极引线分别连接到所述正电极和负电极，隔离件插入在所述正电极与所述负电极之间，且电解液浸透所述隔离件，其中：

分别接合所述正电极引线和负电极引线的所述正电极和负电极设置为，在所述正电极与所述负电极基于所述隔离件对称的方向上，以预定距离间隔开，并且所述隔离件和电极沿其长度方向卷绕成卷筒形，

其中所述电极的将要接合所述引线的表面区域以及与所述电极的将要接合所述引线的所述表面区域相对的表面区域不含有所述极化电极层，并且各引线通过压合而接合到所述集流器板，随后各引线被挤压到所述集流器板，

其中由以下公式定义的各引线的定位L等于或大于0.1，但小于1：

L = \sqrt{\frac{d^{2} πA}{V}}

其中，d是从所述电容器的中心轴到所述正电极引线或负电极引线的距离，V是所述正电极、所述负电极和所述隔离件的体积之和，A是所述电容器的高度。

2.根据权利要求1所述的电双层电容器，其中：

所述隔离件在所述负电极引线与所述正电极引线之间的表面距离，即沿该隔离件的表面测得的距离，处于0.3cm至30cm的范围内。

3.根据权利要求2所述的电双层电容器，其中：

在所述隔离件和所述电极卷绕起来的时候，所述负电极引线与所述正电极引线之间的直线距离处于5mm至30mm的范围内。

4.根据权利要求3所述的电双层电容器，其中：

所述负电极基于卷绕起来的卷筒的中心置于所述正电极的相对较外侧。

5.根据权利要求4所述的电双层电容器，其中：

所述引线与所述正电极或负电极之间的接触面积处于10mm²至300mm²的范围内。

6.根据权利要求5所述的电双层电容器，其中：

每个引线接合区域设置有至少三个压合销，并且每个销孔的直径为0.2mm至5mm。

7.根据权利要求6所述的电双层电容器，其中：

至少一个正电极引线或负电极引线接合到每个电极。

8.根据权利要求7所述的电双层电容器，其中：

所述极化电极层是活性碳涂层。