CN101816053B - 双电层电容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠的双电层电容器，这通过提高集电端子的给定部分的密封性能及机械强度而实现。在包含由多个堆叠的电池制成的电容器本身1a以及覆盖电容器本身的外部的铝层合膜的双电层电容器中，一对集电端子12和13被提供于电容器本身的相对部分。每个集电端子12或13包括被弯曲以使其沿着电容器本身1a的侧表面1b延伸的第一弯曲部分12b或13b以及被弯曲以使其从电容器本身1a的侧表面1b的垂直中间部分向外延伸的第二弯曲部分12c或13c。这对集电端子12和13的第二弯曲部分12c和13c被布置以构成共同的平面并且用铝层合膜通过使这对集电端子12和13的前端部分凸出到铝层合膜的外部这样的方式来覆盖。

Description

双电层电容器

技术领域

本发明涉及双电层电容器。

背景技术

双电层电容器是一种基于其中极化电极的阳极表面和阴极表面在物理上吸附电解质中的阴离子和阳离子以储存电能的原理而制成的器件。

这种电容器的一种具体结构在例如以下所述的专利文献1中进行了描述，该专利文献1示出了一种常规的双极型双电层电容器(以下将只称作电容器)。专利文献1的电容器具有以下结构。也就是，多个电池(cell)被相互堆叠。每个电池包含两个各自具有一个与活性碳电极接合的表面的集电板，安置于这两个集电板之间以构成单元(unit)的凝胶电解质膜或隔件，以及安置于该单元周围以构成电池的层合密封包装部件。堆叠电池的单元被紧密安置于两个端板之间以构成具有密封结构的电容器。电容器使用两个薄的且柔韧的金属板作为集电端子。每个集电端子被安置于所述端板之一与对应的集电板之间而获得集电端子与集电板间的电连接。集电端子具有凸出到电容器外部的各个部分来保持密封结构。

在以下所述的专利文献2所说明的常规电容器中，为了获得密封的及气密的结构，铝层合膜被用作电容器的覆盖部件。通过对铝层合膜施加一定的热量，该膜被软化并紧密附着于电容器的外表面以构成电容器的密封及气密的结构。在该电容器中，铝膜被用作同时充当集电端子的集电金属。每一集电金属沿着对应的铝层合膜的内表面凸出到电容器的外部，并且集电金属的凸出部分和铝层合膜受到所谓的热密封处理。这样，使集电金属凸出到电容器的外部保持密封结构。

专利文献1：日本公开专利申请(特开)2003-217985

专利文献2：日本公开专利申请(特开)2002-313677

专利文献3：日本公开专利申请(特开)2006-024660

发明内容

为了提供具有高可靠性的双电层电容器，电容器应当被构造以阻止来自外面的水(或湿气)。这种防水在双极型电容器的情况下同样是必要的。作为一种用于阻止外部的水的方式，上述使用铝层合膜的密封技术可以是一种有效的方式。但是，由于双极型电容器具有其中阳极及阴极集电端子从端板的附近凸出这样的结构，为了实行热密封处理而只使用铝层合膜可能引入不良的密封。

考虑到这种可能的不良密封，在上述专利文献3所公开的铝层合膜热焊接器件中，通过使分别在可相互替换的较低卷边板中形成的两个集电端子接收凹槽之间的距离与一对从电容器本身(capacitor proper)凸出的集电端子之间的距离匹配，集电端子被适当地设置或安置在集电端子接收凹槽中。然后，在保持这种相互定位的条件时，适当的热量被施加到铝层合膜。通过这种技术，不希望的不良密封得以避免。

但是，近年来，为了满足高电压电容器的要求，有机电解质已经被广泛使用。在使用有机电解质的电容器中，需要更有保证地防水以在足够长的时间内保持电容器的性能，因而，对密封及气密性的改进要求更高。特别地，为了更有保证地防水，抑制常由气体分子态的水引起的不良焊接已经成为必要。因此，为了实现上述要求，对铝层合膜热焊接器件(例如专利文献3所公开的一种器件)的结构施行常规的改进是不够的。也就是，为了实现所述要求，必须不仅要改进电容器本身的结构而且要改进包围集电端子的结构。

关于集电端子的结构，为了抑制不良焊接并确保密封，希望使得集电端子的既不厚度那么厚，尺寸也不大。但是，该措施可能引起集电端子结构的强度不足。

通常，集电端子由用于抑制集电端子的腐蚀的铝制成，其中集电端子的腐蚀在电解质接触集电端子时发生。而且，如果集电端子的体积是大的并且从而集电端子的热容量是高的，则热焊接处理不能将集电端子的温度提高到足够高的水平并且从而倾向于出现所不希望的不良焊接。因而，集电端子的厚度及尺寸应当不那么大。但是，在常规的技术中，具有厚度约为0.5mm的铝板被用作集电端子的部件，并且因而，这种常规的集电端子不能表现出对弯曲及重复载荷的满意抗力。

然而，由于因为固有性质电容器被构造成具有低电阻并且从而被施加以大电流，因而粗重的导线(例如一种截面积为5.5～16mm2的导线)被连接到每个集电端子。在将该粗重的导线连接到集电端子的处理之下，弯曲应力被反复施加到集电端子，并且因而，如果重复导线的连接动作以及断接动作，则倾向于由于该反复连接及断接动作所产生的应力而使集电端子在其弯曲部分发生折断。即使集电端子没有折断，但由反复的导线连接及断接动作所引起的应力倾向于诱发集电端子的变形以及因而导致在焊接部分中产生裂纹，这倾向于降低密封性能及气密性。

本发明考虑了上述缺点而提供并且目的在于提供通过提高集电端子的给定部分的密封性能及机械强度来确保可靠性的双电层电容器。

在请求保护的范围1中限定的解决了上述缺点的双电层电容器是包含由多个堆叠的电池制成的电容器本身以及覆盖电容器本身的外部的铝层合膜的电容器，其特征在于提供一对分别与布置在电容器本身的相对部分的集电极板接触的集电端子；每个集电端子包括被弯曲以使其在电容器本身的厚度方向上沿着电容器本身的侧表面延伸的第一弯曲部分，以及被弯曲以使其从侧表面的垂直中间部分向外延伸的第二弯曲部分；并且这对集电端子的第二弯曲部分被布置以构成共同的平面并且用铝层合膜通过使这对集电端子的前端部分凸出到铝层合膜的外部这样的方式来覆盖。

在请求保护的范围2中限定的解决了上述缺点的双电层电容器是在请求保护的范围1中限定的电容器，其特征还在于将安置在铝层合膜上的塑性体应用于每个第二弯曲部分的根底部分。

在请求保护的范围3中限定的解决了上述缺点的双电层电容器是在请求保护的范围1或2中限定的电容器，其特征还在于每个第一弯曲部分被覆盖以绝缘包壳。

在请求保护的范围4中限定的双电层电容器是请求保护的范围1到2中的任意一个所限定的电容器，其特征还在于第二弯曲部分中被以铝层合膜覆盖的部分被预先施加以各自的焊接膜，其中每个焊接膜都含有作为基底的耐热塑料，并且集电端子由通过各个焊接膜的铝层合膜来覆盖。

在请求保护的范围5中限定的双电层电容器是请求保护的范围3中限定的电容器，其特征还在于第二弯曲部分中被以铝层合膜覆盖的部分被预先施加以各自的焊接膜，其中每个焊接膜都含有作为基底的耐热塑料，并且集电端子由通过各个焊接膜的铝层合膜来覆盖。

根据本发明，集电端子的给定部分的密封性能及强度能够得以提高。结果，双电层电容器的可靠性能够得以提高。

附图说明

图1是根据本发明的双电层电容器的实施方案的示意性说明的侧截面图。

图2是图1的双电层电容器的透视图，显示了一种将集电端子连接到电容器本身的方式。

图3A是图1的双电层电容器的集电端子的一个实例的透视图。

图3B是图3A的集电端子的实例的截面图。

图4A是图1的双电层电容器的集电端子的另一实例的透视图。

图4B是图4A的集电端子的另一实例的截面图。

图5是图1的双电层电容器的透视图，显示了一种将铝层合膜安置于电容器本身之上的方式。

图6是图1的双电层电容器的透视图，显示了一种对电容器本身实行铝层合膜密封的方式。

图7A是根据本发明的双电层电容器的另一种实施方案的示意性说明的侧视图。

图7B是图7A的实施方案的示意性说明的前视图。

具体实施方式

在下文中，根据本发明的双电层电容器的实施方案将参考图1到7B进行描述。

实施方案1

图1是根据本发明的双电层电容器的一种实施方案的示意性说明的侧截面图。

双电层电容器(以下将只称作“电容器”)1是双极型的，并且如由图1看到的，具有包括通过极化基板5相互堆叠的多个电池4的层合结构(laminated construction)，每个电池4包括离子可通过的平坦隔件2，以及两个在其间夹着平坦隔件2的活性碳电极3。图1所示的电容器是一个具有三个堆叠电池4的实例。在每个电池4周围，布置着或夹着用于抑制电池4所包含的电解质的泄漏的包装或密封部件6。包装部件6既充当密封部件也充当相邻电池4之间的绝缘部件。为了堆叠电池4，确保所需的耐受电压(每个电池的耐受电压大约为2.5V)的一定数量的电池4与包装部件6相互交替堆叠以构成单元，并且平坦的集电极板7和8被连接到单元的两个端部分，并且堆叠的电池5与集电极板7和8被紧密安置在两个平坦的端板9之间，以便提供气密性密封的结构。通过将穿过端面9的带帽螺钉11旋紧进入塑料隔件10使两个端板9相互挤压，其中每个塑料隔件10沿着电池4堆叠的方向延伸。

在堆叠型单元的电容器中，金属电极的端表面的集电极的连接引线在单元中形成串联连接，并且在这种情况下，电容器能够具有由(每一电池的耐受电压)×(堆叠的数量)表示的耐受电压。与具有相同容量的及使用常规的占据方法(take-up method)所生产的电容器不同，在堆叠型单元的电容器中，不需要使用常安装在单元中以实现串联连接的电缆，并且因而，能够设计具有高耐受电压的紧凑结构并且从而其中安装有该结构的空间能够得以减小。

在电容器1的集电结构中，在集电极板7和8中的每一个与相连的那个端板9之间，夹着集电端子12或13，并且借助于在集电极板7和8中的每一个与相连的那个端板9之间产生的压缩力，集电端子12或13与集电极板7或8的接触得以实现由此使电子在其之间进行传递。电容器本身(capacitor proper)1a具有上述结构。作为覆盖电容器本身1a的外部包壳，起着防水作用的铝层合膜(laminate layer)14被使用。通过将集电端子12或13的一部分(例如，附图中由13c指示的部分)从铝层合膜14的焊接连结部分14a拉伸到外部，电容器与外部电部件的电连接得以实现。铝层合膜14包括铝制基底，由作为交联树脂的PET制成的外部保护层，以及由作为热塑性树脂的聚乙烯制成的内部沉积层。

如从图2中看到的，集电端子12或13具有曲柄形的横截面。更特别地，集电端子包括要被安置于集电极板7或8与对应的那个端板9之间的基底部分12a或13a，从基底部分12a或13a弯曲以沿着侧表面1b的方向，也就是在电容器本身1a的厚度方向上(即，在电池4堆叠的方向上)延伸的第一弯曲部分12b或13b，以及从第一弯曲部分12b或13b在电容器本身1a的侧表面1b的厚度的垂直中间部分弯曲以向电容器本身1a的外部延伸的第二弯曲部分12c或13c。

在电容器本身1a的同一侧表面1b，集电端子12和13的基底部分12a和13a每一个被安置在集电极板7或8与对应的那个端板9之间从而允许第二弯曲部分12c和13c构成共同的平面。也就是，从端板9的附近凸出的集电端子12和13由上述构成共同的平面的第二弯曲部分12c和13c来提供。以这样的集电端子结构，下面所述的其中铝层合膜14由平坦热压棒处理的密封方法能够被应用于双极型电容器。结果，密封得以改进并且从而电容器1的可靠性得以提高。

而且，如从图3a和3b看到的，如果需要，集电端子12或13的第一弯曲部分12b或13b可以用绝缘包壳21来覆盖。也就是，由于该绝缘盖板21存在于集电端子12或13的第一弯曲部分12b或13b与电池4的侧表面(更具体地，包装部件6的侧端表面)之间，真空密封的构型由铝层合膜14来提供，并且因而，即便在使集电端子12和13与包装部件6接触时，包装部件6的绝缘性能也没有受到影响。结果，电容器1的可靠性能够得以提高。由聚四氯乙烯制成的粘合带被用作绝缘包壳21。

而且，如从图4A和4B看到的，如果需要，耐热焊接膜22可以被预先施加于要被焊接铝层合膜14的集电端子12或13的第二弯曲部分12c或13c的给定部分的相反表面。包括耐热交联聚烯烃的基底以及覆盖该基底两个表面的热焊接层的三层膜被使用作为焊接膜22。使用这种耐热焊接膜的原因是当电容器1的热容量被增加时，有必要增加由加热器产生的热量。也就是，焊接膜需要有高耐热性能。因此，即使当根据电容器1的热容量增加焊接处理的热量时，所不希望的该高耐热焊接膜22的熔化在焊接集电端子12和13与铝层合膜14时得以抑制，并且因而，真空密封构型的可靠性得以提高并且从而电容器1的可靠性得到提高。

当然，包括图3A和3B的结构以及图4A和4B的结构的结构，更具体地，其中集电端子12和13的第一弯曲部分12b和13b分别用绝缘包壳21来覆盖并且第二弯曲部分12c和13c要被焊接的给定部分分别被预先施加以耐热焊接膜22的结构能够在本发明中使用。

在集电端子12或13的给定部分用铝层合膜14进行的密封焊接将借助于图5和6进行描述。集电端子12和13被布置成使得基底部分12a或13a被安置在集电极板7或8与对应的那个端板9之间，并且形成集电端子的端部的第二弯曲部分12c或13c从电容器本身1a凸出到外部。上述热焊接膜22被预先施加于第二弯曲部分12c或13c。同时，铝层合膜14在焊接连结部分14b被焊接以构成两端开口的管状部件。

然后，在如此成形为管状的铝层合膜14中插入具有与其连接的集电端子12和13的电容器本身1a。然后，集电端子12和13与热焊接膜22连接的部分以及管状的铝焊接膜14的一个开口端部受到热焊接以构造焊接连结部分14a。这样，只有集电端子12和13的端部从管状的铝层合膜14凸出到外部。

为了对与热焊接膜22连接的集电端子12和13以及相配的管状铝层合膜14的开口部分这两者进行热焊接，两个平坦的热压棒被用来挤压并焊接相配的部分。这样，集电端子12和13与铝层合膜14被结合。

热压棒具有平坦及平行的加压及加热表面，并且每个热压棒在集电端子12和13的部分具有凹口，每个凹口具有由[{(集电端子12，13的厚度)+(热焊接膜22的基底的厚度)+(热焊接膜22的热焊接层的厚度)}×0.5]表示的深度。这样，在集电端子12和13受到热焊接时，要焊接的部分的厚度受到精确控制，并且从而在密封部分的热焊接耐久性确实得以实现。因而，层合膜14所拥有的密封性能的可靠性得以提高并且从而电容器1的可靠性得到提高。

然后，已经通过加压与焊接结合的集电端子12和13与铝层合膜14通过用形状与上述热压相似的冷却棒或者其中之一为硅树脂垫的冷却棒进行挤压而被立即冷却。该冷却用于抑制铝层合膜14的位置偏离。通过在短时间内对热焊接部分进行有保证的冷却，熔融的焊接膜22在集电端子12和13的表面上的偏移被阻止，并且从而热焊接部分的强度被提高由此提高电容器1的可靠性。

然后，通过使用真空密封器，空气放气由管状的铝层合膜14的另一开口端部(即，与焊接集电端子12和13的那端相对的开口端部)进行，以及然后，脉冲加热及冷却被按次序应用于开口端部，使得电容器本身1a在铝层合膜14中是气密的或真空密封的。

实施方案2

图7A和7B是双电层电容器的另一种实施方案的示意图，其中图7A是电容器的侧视图而图7B是电容器的前视图。该实施方案的电容器被构造成具有比上述实施方案1的电容更高的可靠性。该实施方案的基础结构基本上与实施方案1的相同，并且从而，在以下描述中，关于与实施方案1相同的结构的解释将被省略并且相同的元素由相同的参考数字指示。

如同在实施方案1部分已经被论及的，弯曲处理被用来给集电端子12和13提供曲柄形的横截面，并且从而第二弯曲部分12c和13c的根底部分(或弯曲部分)容易承受应力。而且，由于集电端子12和13具有与其连接的外部导线，集电端子12和13在外部导线被连接到集电端子12和13时倾向于承受一定的应力。集电端子12和13是厚度很小(即，大约0.5mm)的部件。因此，当集电端子12和13被反复施加外部应力时，第二弯曲部分12c和13c的根底部分(或弯曲部分)倾向于发生折断。

因此，在该实施方案的电容器中，与上述实施方案1的电容器相比，集电端子12和13分别被构造成针对施加于其上的外部应力具有增强的耐久性。也就是，在实施方案2中，外部应力被主要施加于其上的第二弯曲部分12c或13c的根底部分被施加以安置于铝层合膜14上的塑性体23。更具体地，塑性体23每个都具有三角形的横截面并且被布置成使得在铝层合膜14(集电端子12和13通过它凸出到外部)的焊接连结部分，集电端子12和13的两个表面通过塑性体23完全安置于垂直方向上。一个塑性体23的截面所具有的三角形的底边(即，沿着电容器1的侧表面延伸的边)的长度约为5～10mm。

塑性体23的材料可随意选自这样的塑料所构成的组：其材料是能够被涂到角落及能够被固化的流体物质并且固化的材料具有与铝层合膜14紧密接触的性质。也就是，只要达到上述条件，各种材料都可用。也就是，例如，在温度约为120℃时变为流体状态的EVA系的热熔粘合剂，能够在室温下固化的环氧粘合剂等等都能够被用作该塑性体的材料。

如上文所描述的，外部应力被集中于其上的集电端子12和13的第二弯曲部分12c和13c的根底部分用上述塑性体23来提供。因此，即使在外部应力被施加于根底部分时，该应力的能量能够被分散并且从而集电端子12和13的耐久性得到显著提高。因而，由于断路而产生不完善的电连续性的可能性被显著减小，并且从而电容器1的可靠性得以提高。

在根据本发明的双电层电容器中，用于制成内部结构的材料可以是已知的材料。例如，极化电极可以是活性碳电极，电解质可以是具有铵盐或离子性流体的有机溶剂的溶液，隔件可以由纤维系统或聚烯烃系统制成，包装部件可以由抗溶解橡胶制成，并且集电极和集电端子可以由铝制成。

本发明特别地适用于堆叠双极型的双电层电容器。

Claims (3)

1.一种双电层电容器，包括由多个堆叠电池制成的电容器本身以及覆盖该电容器本身外部的铝层合膜，其特征在于：

提供了分别与布置于该电容器本身的相对部分处的集电极板接触的一对集电端子；

每个集电端子包括第一弯曲部分和第二弯曲部分，其中第一弯曲部分被弯曲以在该电容器本身的厚度方向上沿着该电容器本身的侧表面延伸，第二弯曲部分被弯曲以从所述侧表面的垂直中间部分向外延伸；以及

该对集电端子的第二弯曲部分被布置以构成共同的平面并且用所述铝层合膜来覆盖使得该对集电端子的前端部分从所述铝层合膜凸出到外部，其中第二弯曲部分的每一个的根底部分被施加以安置于所述铝层合膜上的塑性体。

2.根据权利要求1的双电层电容器，其特征还在于第一弯曲部分的每一个被覆盖以绝缘包壳。

3.根据权利要求1的双电层电容器，其特征还在于第二弯曲部分中被以铝层合膜覆盖的部分被预先施加以相应的焊接膜，每个焊接膜含有作为基底的耐热塑料，并且所述集电端子通过相应的焊接膜用所述铝层合膜来覆盖。

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