CN104252971A - 储能装置的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能装置的封装结构，将至少一电容单元重复堆栈并封装成单颗储能装置，所述电容单元为一固态高分子电解质和二改良式碳质电极所构成三文治结构，此电容单元可以采用钮扣式或螺旋式金属外壳、模压成型或射出成型做塑料外壳、塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋等热封合或真空热封合等方式封装，可省去传统电容模块制作时其钻孔、焊接、螺钉栓合及制作支架等施工，制程较为简单并且降低了制造成本，其性能并可媲美传统电容模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能装置的封装结构，尤其涉及一种将至少一电容单元重复堆栈并封装成单颗储能装置的封装结构。
背景技术
习知的传统电容由金属集流板、电极、电解质以及隔离膜所构成，电极外层为金属集流板，两电极之间放置已含浸于液态或胶态电解质的多孔性隔离膜，由于使用液态或胶态电解质，因此须设置隔离膜隔绝正负极，以防止电容自我放电及两极短路，并且为防液态或胶态电解质渗漏，隔离膜外围需放置高分子封环，两引脚由外部穿入聚氯乙烯(PVC)等塑料外壳内部，再分别焊接于金属集流板表面，最后将环氧树脂等填充胶注入壳内并硬化后完成封装程序，因此传统电容需考虑电解质渗漏及集流板的电流导引等因素，故造成传统电容封装制程较为复杂，且具化学毒性、易燃、外泄危险，存在使用安全性低、厂房和制程设备费用较高等问题。
另外传统电容为提高输出的电压和功率，通常将电容成品进行串联或并联，并且制作支架辅以加工技术如钻孔、栓合、焊接等方式与联机设计，成为一具有高性能的电容模块，不仅使得制程较为复杂亦显著增加了制作成本及模块体积，而且传统电容的电极电阻甚高，也不适合在电容内部以重复堆栈电容单元的串联方式提高电压和功率。
因此由上述可知习知的传统电容需考虑电解质渗漏及集流板的电流导引等因素，故造成封装制程较为复杂，且具化学毒性、易燃、外泄危险，存在使用安全性低、厂房和制程设备费用较高等问题。而且为提高输出的电压和功率，通常需辅以额外加工技术如钻孔、焊接、螺钉栓合及制作支架等施工形成电容模块，使得制程不仅较为复杂亦显著增加了制作成本和模块体积，另外传统电容的电极电阻甚高，因此也不适合在单一颗电容内部以重复堆栈电容单元的串联方式提高电压和功率。
发明内容
所以为解决上述技术的缺憾，本发明采用一对高导电性改良式碳质电极及居中的固态高分子电解质压合成三文治结构的电容单元，故不需设置集流板与隔离膜，而且不具化学毒性、易燃以及电解质渗漏困扰，并将至少一电容单元重复堆栈形成多个三文治结构串联的等效电路，并经由本发明的封装结构，封装为一高电压、高功率的单颗式储能装置，其性能可媲美传统电容模块，而且不须额外加工技术及联机设计，省去了传统电容模块制作时其钻孔、焊接、螺钉栓合及制作支架等施工，因而降低了制造成本。
本发明的主要目的在于提供一种储能装置的封装结构。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种储能装置的封装结构，其特征在于包括一上封装体；一下封装体，下封装体压合上封装体；以及一电容单元组，由至少一电容单元重复堆栈而成，置于上封装体与下封装体之间；所述电容单元为一固态高分子电解质及二改良式碳质电极所组成的三文治结构。其中单一个电容单元的厚度可小于5mm，因此将至少一电容单元重复堆栈后其总厚度仍低，电容单元组可以钮扣式或螺旋式的一金属外壳、模压成型或射出成型做一塑料外壳、热封合或真空热封合一塑料袋或一内衬塑料膜的铝箔袋等方式封装，即可得到一高电压与高功率的单颗储能装置，省去了传统电容模块制作时其钻孔、焊接、螺钉栓合及制作支架等施工。
其中二改良式碳质电极为将碳布、碳毡或碳纸等导电性碳纤维基材经涂布活性物质而制成，其特性优于传统电极，由于具高导电性故不须设置集流板，而且使用固态高分子电解质则无须设置隔离膜，因此可简化使用传统液态或胶态电解质所需的复杂制程，且无电解质渗漏问题，并具抗燃、防止环境污染等工安环保效益。
当电容单元组以金属外壳封装时，其封装结构包括一金属上壳；一金属下壳，金属下壳咬合金属上壳；一高分子密封垫片，置于金属上壳与金属下壳之间；以及一电容单元组，由至少一电容单元重复堆栈而成，置于金属下壳内；所述电容单元为一固态高分子电解质及二改良式碳质电极所组成的三文治结构。所述二改良式碳质电极为将碳布、碳毡或碳纸等导电性碳纤维基材经涂布活性物质而制成，故二改良式碳质电极具高导电性，不须设置集流板，使用固态高分子电解质则无须设置隔离膜。金属上壳以及金属下壳以冲压成型方式紧压电容单元组并咬合居中的高分子密封垫片，形成钮扣型封装结构；另外金属上壳与金属下壳可分别具有阴、阳螺牙，以供栓紧咬合居中的高分子密封垫片，形成螺旋式圆筒封装结构，经由钮扣型封装结构和螺旋式圆筒封装结构，使本发明的储能装置形状可为钮扣型和圆筒型。而且由于二改良式碳质电极具高导电性，因此使金属上壳与金属下壳兼具有传统电容的集流板与引脚功能。
另外当所述电容单元组以塑料外壳、塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋封装时，其封装结构包括一电容单元组，由至少一电容单元重复堆栈而成；至少二引脚，分别连接于电容单元组的外表面；以及一塑料封装体，包覆电容单元组，并外露至少二引脚；所述电容单元为一固态高分子电解质及二改良式碳质电极所组成的三文治结构。所述塑料封装体为塑料外壳时，在电容单元组最外两侧改良式碳质电极的外表面分别连接至少二引脚，所述至少二引脚连接方式为焊接或以导电胶黏合，并将塑料外壳以模压成型或射出成型方式包覆电容单元组，并外露所述至少二引脚，形成塑料外壳封装结构，易于模块化生产，使得产品制作速度较快、效率较好。
当所述塑料封装体为塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋时，将所述电容单元组最外两侧改良式碳质电极的外表面分别连接至少二引脚，连接方式可采用焊接或以导电胶黏合，将电容单元组置入塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋中进行热封合或真空热封合，并外露所述至少二引脚，形成袋式封装结构，经由袋式封装结构，使本发明的储能装置形状可为袋式，另外也可将具袋式封装结构的储能装置，经卷绕或折迭后置入坚固且不易变形的一保护壳具中，并以上盖封装，即可得具有保护壳具的储能装置。
上述封装结构的形状、尺寸仍有诸多选择，但相较于传统电容模块的制造方式，本发明通过改良式碳质电极及固态高分子电解质等材料创新与结构设计，使得至少一电容单元重复堆栈后的封装制程更加简易，省去传统上制作电容模块的钻孔、焊接、螺钉栓合及制作支架等施工，进而降低了制作成本，在本发明中单一个电容单元的厚度可小于5mm，故将至少一电容单元重复堆栈后其总厚度仍低，而且本发明的单一个电容单元的工作电压可达数伏特，功率可高于数千瓦，因此将至少一电容单元重复堆栈后封装成单颗式的储能装置可获得更高的电压及功率，其性能可媲美传统上将多数个电容成品串联或并联制成的电容模块，故由本发明形成的大型储能装置适用于电力电网、风力发电系统、电动车辆、及不断电系统等，小型储能装置则可使用于各式电子产品等。
附图说明
图1为本发明的螺旋式圆筒封装结构。
图2为本发明的钮扣型封装结构。
图3为本发明堆栈两个电容单元的钮扣型封装结构。
图4为本发明的塑料外壳封装结构。
图5为本发明堆栈两个电容单元的塑料外壳封装结构。
图6(a)为本发明的塑料封装体。
图6(b)为本发明堆栈两个电容单元的电容单元组。
图6(c)为本发明的袋式封装结构。
图7(a)为本发明储能装置的上盖。
图7(b)为本发明的袋式封装结构储能装置另一实施例。
图7(c)为本发明储能装置的保护壳具。
图7(d)为本发明具有保护壳具的储能装置。
【符号说明】
1 电容单元组 10 电容单元 11 改良式碳质电极
12 固态高分子电解质 20 金属上壳 30 高分子密封垫片
40 金属下壳 50 塑料封装体 60 引脚
70 上盖 80 保护壳具 100 储能装置
具体实施方式
本发明通过电极及电解质等材料创新与结构设计，使得至少一电容单元10重复堆栈后的封装制程更加简易，不仅容易封装而且省去传统上制作电容模块的钻孔、焊接、螺钉栓合及制作支架等施工，进而降低了制作成本，其封装方式详述在以下实施例中。
实施例一
图1为一储能装置100的实施例一，包括一金属上壳20、一金属下壳40、一高分子密封垫片30以及一电容单元组1，高分子密封垫片30置于金属上壳20与金属下壳40之间，电容单元组1置于金属下壳40内，其中电容单元组1为至少一电容单元10重复堆栈而成，单一个电容单元10为一固态高分子电解质12及两侧改良式碳质电极11所组成的三文治结构，由于单一个电容单元10的厚度小于5mm，可知至少一电容单元10重复堆栈后的总厚度仍低。所述金属上壳20和金属下壳40分别具有阴、阳螺牙可供互相栓锁，栓牢金属上壳20和金属下壳40，使金属下壳40咬合金属上壳20，并紧压位于金属上壳20和金属下壳40之间高分子密封垫片30，形成具螺旋式圆筒封装结构的储能装置100，经由螺旋式圆筒封装结构，使本发明的储能装置100形状可为圆筒型，由于省去传统电容模块制作时其钻孔、焊接、螺钉栓合及制作支架等施工，故降低了制造成本。所述改良式碳质电极11为将碳布、碳毡或碳纸等导电性碳纤维基材经涂布活性物质而制成，活性物质由活性碳等主成分、碳黑及少量黏着剂或离子导电性黏着剂组成，因此改良式碳质电极11具有很高的导电性，所以不须另外设置集流板，而固态高分子电解质12可为磺化聚醚醚酮(SPEEK)等离子导电性高分子，使用固态高分子电解质12，则无须设置隔离膜，而且也不需考虑电解质是否外漏因素，因此不需复杂制程，且具抗燃、防止环境污染等工安环保效益。
实施例二
图2为储能装置100的实施例二，本实施例中使用单一个电容单元10，电容单元10为一固态高分子电解质12及其两侧的改良式碳质电极11组成三文治结构，电容单元10的厚度小于5mm，所述改良式碳质电极11为将碳布、碳毡或碳纸等导电性碳质基材经涂布活性物质而制成，将电容单元10置于金属下壳40内，并采用冲压成型等方式使金属上壳20和金属下壳40紧压高分子密封垫片30，并使得电容单元10密封于金属上壳20和金属下壳40中，而且金属上壳20与金属下壳40分别紧压住高导电性的改良式碳质电极11，形成具钮扣型封装结构的储能装置100，经由钮扣型封装结构，使本发明的储能装置100形状可为钮扣型。由于改良式碳质电极11具有高导电性，故不须另外设置集流板，因此金属上壳20和金属下壳40亦兼具传统电容的集流板与引脚的功能。
实施例三
图3为储能装置100的实施例三，电容单元组1由两个电容单元10互相堆栈而成，单一个电容单元10的厚度小于5mm，故将两个电容单元10互相堆栈后的总厚度仍低，其中单一个电容单元10为一固态高分子电解质12与其两侧改良式碳质电极11构成三文治结构，由于两个三文治结构的电容单元10互相堆栈接合形成串联电路，因此操作电压将可增加一倍，输出功率亦可大幅提升，最后采用冲压成型等方式使金属上壳20和金属下壳40紧压高分子密封垫片30，并将具有两个电容单元10的电容单元组1密封于金属上壳20和金属下壳40之中，使金属上壳20和金属下壳40分别与高导电性的改良式碳质电极11紧密相接，形成具钮扣型封装结构的储能装置100，经由钮扣型封装结构，使本发明的储能装置100形状可为钮扣型。由于改良式碳质电极11具有高导电性，故不需设置集流板，所以金属上壳20和金属下壳40亦兼具传统电容的集流板与引脚的功能。
实施例四
图4为储能装置100的实施例四，其包括单一个电容单元10，电容单元10为一固态高分子电解质12及其两侧的改良式碳质电极11压合成三文治结构，单一个电容单元10总厚度小于5mm，二引脚60分别连接于两侧的改式碳质电极11的外表面，连接方式可采焊接或以导电胶黏合，最后采用模压成型或射出成型等制程将一塑料封装体50包覆单一个电容单元10，并外露二引脚60，即形成具塑料外壳封装结构的储能装置100，此封装结构易于模块化生产，使得产品制作速度较快、效率较好，其中塑料封装体50亦可采用含橡胶材料的外壳。
实施例五
图5为储能装置100的实施例五，电容单元组1由两个电容单元10互相堆栈而成，其中单一个电容单元10为一固态高分子电解质12与其两侧的改良式碳质电极11构成三文治结构，将两个电容单元10互相堆栈形成串联电路以提高储能装置100的电压及功率，并将二引脚60则分别连接于最外侧的改良式碳质电极11外表面，连接方式可采焊接或以导电胶黏合，最后采用模压成型或射出成型等制程将塑料封装体50包覆电容单元组1，并外露二引脚60，即形成具塑料外壳封装结构的储能装置100，此封装结构易于模块化生产，使得产品制作速度较快、效率较好，其中塑料封装体50亦可采用含橡胶材料的外壳。
实施例六
图6为储能装置100的实施例六，图6(a)为塑料封装体50，塑料封装体50可为塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋，图6(b)为电容单元组1，电容单元组1为两个电容单元10互相堆栈串联，单一个电容单元10为一固态高分子电解质12与其两侧的改良式碳质电极11构成三文治结构，将电容单元组1最外侧的改良式碳质电极11分别连接二引脚60，最后将此组件置入塑料封装体50中进行热封合或真空热封合，形成具袋式封装结构的储能装置100，经由袋式封装结构，使本发明的储能装置100形状可为袋式，如图6(c)所示。
实施例七
图7为储能装置100的实施例七，图7(b)所示将图6(c)的具袋式封装结构的储能装置100经卷绕或折迭后，将此组件置入坚固且不易变形的一保护壳具80中(图7(c))，并以坚固且不易变形且绝缘的一上盖70(图7(a))封装，即得图7(d)所示具有保护壳具80的储能装置100。
上述封装结构的形状、尺寸仍有诸多选择，但相较于传统电容模块的制造方式，本发明通过改良式碳质电极11及固态高分子电解质12等材料创新与结构设计，使得至少一电容单元10重复堆栈后的封装制程更加简易，省去传统上制作电容模块的钻孔、焊接、螺钉栓合及制作支架等施工，进而降低了制作成本，在本发明中单一个电容单元10的厚度可小于5mm，故将至少一电容单元10重复堆栈后其总厚度仍低，而且本发明的单一个电容单元10的工作电压可达数伏特，功率可高于数千瓦，因此将至少一电容单元10重复堆栈后封装成单颗式的储能装置100可获得更高的电压及功率，其性能可媲美传统上将多数个电容成品串联或并联制成的电容模块。故本发明形成的大型储能装置100适用于电力电网、风力发电系统、电动车辆、及不断电系统等，小型储能装置100则可使用于各式电子产品等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (23)
1.一种储能装置的封装结构，其特征在于包括：
一上封装体；
一下封装体，下封装体压合上封装体；以及
一电容单元组，由至少一电容单元重复堆栈而成，置于上封装体与下封装体之间；
所述电容单元为一固态高分子电解质及二改良式碳质电极所组成的三文治结构。
2.根据权利要求1所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述单一个电容单元厚度小于5mm。
3.根据权利要求1所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述二改良式碳质电极为具导电性的碳纤维基材。
4.根据权利要求1所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述上封装体以及下封装体为一金属外壳、一塑料外壳、一塑料袋或一内衬塑料膜的铝箔袋。
5.根据权利要求4所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述上封装体以及下封装体为金属外壳，在上封装体以及下封装体间放置一高分子密封垫片。
6.根据权利要求5所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述金属外壳分别具有阴、阳螺牙，以供栓紧咬合居中的高分子密封垫片，形成螺旋式圆筒封装结构。
7.根据权利要求5所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述金属外壳，以冲压成型方式紧咬合居中的高分子密封垫片，形成钮扣型封装结构。
8.根据权利要求4所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述上封装体以及下封装体为塑料外壳、塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋，将所述电容单元组最外侧改良式碳质电极的外表面分别连接至少二引脚。
9.根据权利要求8所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述至少二引脚连接方式为焊接或以导电胶黏合。
10.根据权利要求8所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述塑料外壳以模压成型或射出成型方式包覆电容单元组，并外露所述至少二引脚，形成塑料外壳封装结构。
11.根据权利要求8所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述上封装体以及下封装体为塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋，将所述电容单元组置入塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋中进行热封合或真空热封合，并外露所述至少二引脚，形成袋式封装结构。
12.一种储能装置的封装结构，其特征在于包括：
一金属上壳；
一金属下壳，金属下壳咬合金属上壳；
一高分子密封垫片，置于金属上壳与金属下壳之间；以及
一电容单元组，由至少一电容单元重复堆栈而成，置于金属下壳内；
所述电容单元为一固态高分子电解质及二改良式碳质电极所组成的三文治结构。
13.根据权利要求12所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述单一个电容单元厚度小于5mm。
14.根据权利要求12所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述二改良式碳质电极为具导电性的碳纤维基材。
15.根据权利要求12所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述金属上壳及金属下壳分别具有阴、阳螺牙，以供栓紧咬合居中的高分子密封垫片，形成螺旋式圆筒封装结构。
16.根据权利要求12所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述金属上壳及金属下壳以冲压成型方式紧咬合居中的高分子密封垫片，形成钮扣型封装结构。
17.一种储能装置的封装结构，其特征在于包括：
一电容单元组，由至少一电容单元重复堆栈而成；
至少二引脚，分别连接于电容单元组的外表面；以及
一塑料封装体，包覆电容单元组，并外露至少二引脚；
所述电容单元为一固态高分子电解质及二改良式碳质电极所组成的三文治结构。
18.根据权利要求17所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述单一个电容单元厚度小于5mm。
19.根据权利要求17所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述二改良式碳质电极为具导电性的碳纤维基材。
20.根据权利要求17所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述塑料封装体为一塑料外壳、一塑料袋或一内衬塑料膜的铝箔袋。
21.根据权利要求17所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述塑料封装体为塑料外壳，将塑料外壳以模压成型或射出成型方式包覆电容单元组，并外露所述至少二引脚，形成塑料外壳封装结构。
22.根据权利要求17所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述塑料封装体为塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋，将所述电容单元组置入塑料袋或内衬塑料膜的铝箔袋中进行热封合或真空热封合，并外露所述至少二引脚，形成袋式封装结构。
23.根据权利要求17所述的储能装置的封装结构，其特征在于所述至少二引脚连接方式为焊接或以导电胶黏合。
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