CN105765681A - 超级电容器真空组装 - Google Patents

Abstract

一种用于制作EDLC的方法，包括(a)将多孔活性碳材料涂覆到集电器片材上以形成碳基电极，(b)将该碳基电极干燥，(c)与分隔件片材交错地缠绕或堆叠碳基电极以制成凝胶卷或棱柱形电极组件，(d)将该电极组件插入封装物中并且在该电极组件与多个封装物端子之间形成电连接，(e)将该封装物用液体电解质填充，并且(f)密封该封装物。步骤(a)?(f)是在具有低水分含量的氛围中执行的。该氛围可以是真空或是用干燥的气体净化过的。

Description

超级电容器真空组装

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120要求在2013年11月22日提交的美国申请序列号14/087,761的优先权权益，该申请的全部内容通过援引并入本文。

背景

领域

本披露总体上涉及用于形成超级电容器的系统和方法，并且更具体地涉及一种用于形成超级电容器、例如电化学双层电容器(EDLC)的真空组件。

技术背景

能量储存装置例如超级电容器可以用于各种不同的、例如需要离散功率脉冲的应用中。实例应用的范围从手机到混合动力车辆。超级电容器，例如电化学双层电容器(EDLC)，已经在需要高功率、长保质期、和/或长循环寿命的应用中作为电池的替代或补充而出现。超级电容器典型地包括被布置在一对碳基电极之间的多孔分隔件和有机电解质。能量储存是通过将在这些电极与电解质之间的交界处创建的电化学双层中的电荷进行分离并储存而实现的。这些装置的重要特征是它们能够提供的能量密度和功率密度，这两种密度很大程度上是由被引入这些电极和液体电解质中的碳的特性决定的。

提供用于制作有效的、寿命长的且高能量密度的装置的制造方法和相关联设备是有利的。

简要概述

根据本披露的多个实施例，一种用于制作电化学双层电容器的方法包括在受控氛围条件下、例如在真空室中执行的一个或多个组装步骤。一种用于制作电化学双层电容器的设备包括被配置成用于执行以下动作中的一项或多项的室，例如真空室：(a)将多孔活性碳材料例如使用流延成型工艺涂覆到金属集电器片材上以形成碳基电极，(b)将该碳基电极干燥以例如去除水，(c)与分隔件片材交错地缠绕或堆叠碳基电极以制成凝胶卷或棱柱形电极组件，(d)将该电极组件插入封装物中并且在该电极组件与封装物外部处的多个端子之间形成电连接，(e)将该封装物用液体电解质填充，并且(f)密封该封装物。

所披露的方法和设备可以用来形成具有少于500ppm、例如少于200或少于100ppm的水含量的电化学双层电容器。

将在随后的详细描述中阐述本披露的主题的另外特征和优点并且本领域技术人员将容易地从该描述中部分地了解到本披露的主题的另外特征和优点或者通过实践如在此所描述的(包括随后的详细描述、权利要求书、以及附图的)本披露的主题而认识到本披露的主题的另外特征和优点。

应理解的是，上文的总体描述和下文的详细描述呈现了本披露的主题的多个实施例并且旨在提供用于理解本披露所要求保护的主题的性质和特点的概览或框架。将这些附图包括在内来提供对本披露的主题的进一步理解，并且这些附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图展示了本披露的主题的多种不同实施例并且与本描述一起用于解释本披露主题的原理和操作。额外地，附图和描述仅意在是展示性的并且不旨在以任何方式限制权利要求书的范围。

附图简要说明

以下对本披露的具体实施例的详细描述可以在结合以下附图阅读时被最好地理解，其中同样的结构用同样的参考号指示，并且在附图中：

图1是展示了根据多个实施例在真空室内制造超级电容器的示意图；

图2是使用闸门密封件实施的集电器-电极装载锁的图；

图3是使用滚轮密封件实施的集电器-电极装载锁的图；

图4是使用狭缝挤出模口实施的集电器-电极装载锁的图；

图5是展示在离散载体上将碳基电极传输至真空室中的图；

图6是展示了根据另外多个实施例在真空室内制作超级电容器的示意图；

图7展示了通过真空室对碳基电极进行干燥；

图8是具有凝胶卷设计的超级电容器的截面图；

图9是带有多根弯曲引线的端子板的截面视图；

图10是多种不同环氧树脂的剪切强度与时间的绘图；

图11A是焊接的端帽的光学显微图；

图11B是焊接的端子板的光学显微图；

图12是示出了填充端口的凝胶卷超级电容器的截面示意图；

图13是超级电容器端帽的截面示意图；

图14示出了用于形成超级电容器的真空室的初始构型；

图15示出了在打开装载锁门之后的真空室构型；

图16展示了通过运动平台来拾取零件载体；

图17示出了将转轴装载到机动化缠绕器上；

图18示出了从该零件载体上移除转轴；

图19示出了用电极夹持器/切割刀具来夹持电极；

图20示出了将电极附接至转轴上；

图21示出了将电极缠绕在转轴上；

图22示出了电极的切割以及将松弛端粘接至该卷上；

图23示出了将多余的电极撤回至来源卷；

图24示出了凝胶卷相对于封装物对齐；

图25示出了凝胶卷插入封装物中；

图26示出了将焊接环加热以便将凝胶卷电极连接至封装物上；

图27示出了从马达夹持器尖端释放凝胶卷电极；

图28示出了拾取端帽；

图29示出了将端帽放在封装物上；

图30示出了拾取封装物以便施加端帽密封粘附剂；

图31示出了加热该端帽以便熔化该焊接环并且使密封剂固化；

图32示出了将封装物用液体电解质来填充；

图33示出了将封装物放在零件载体上；

图34示出了从夹持器尖端释放该封装物；

图35示出了拾取该填充端口密封螺钉；

图36示出了将密封螺钉与填充端口孔洞对齐；

图37示出了将密封螺钉插入该填充端口孔洞中；

图38示出了将带有所完成的超级电容器的零件载体返回；并且

图39示出了关闭这些装载锁门并且移除所完成的超级电容器。

详细说明

现在将更详细地参照本披露主题的多种不同实施例，这些实施例中的一些实施例在附图中示出。在所有附图中将使用相同的参考号来指代相同或相似的零件。

一种用于制作EDLC的实例方法，包括(a)将多孔活性碳材料涂覆到集电器片材上以形成碳基电极，(b)将该碳基电极干燥，(c)与分隔件片材交错地缠绕或堆叠碳基电极以制成凝胶卷或棱柱形电极组件，(d)将该电极组件插入封装物中并且在该电极组件与多个封装物端子之间形成电连接，(e)将该封装物用液体电解质填充，并且(f)密封该封装物。

所披露的在受控氛围或真空条件下实施的组装过程使得水进到EDLC封装物中最小化或保持在其中最小化。在含有有机电解质的操作装置中水的存在可能不利地影响性能和使用寿命。水典型地用于形成例如流延成型浆料并且例如可以被吸附到碳基电极的孔隙中。因此，通过在受控的环境条件下的处理(包括干燥步骤在内)可以去除残留的水。

如果未从小室中去除，水就可能导致电解质盐的不希望的水解。在四乙基四氟硼酸铵的实例中，水解可以是根据(C₂H₅)₄N⁺BF₄ ^-+H₂O→(C₂H₅)₄N⁺OH^-+HBF₄进行的。经由水解产生的季铵型氢氧化物在升高的温度或升高的电压的条件下可以进一步分解，从而根据(C₂H₅)₄N⁺OH^-→C₂H₄+(C₂H5)₃N+H₂O生成额外的水。并且，可以经由四氟硼酸(HBF₄)的水解而形成氢氟酸(HF)。

干燥可以在该制作过程的多个不同阶段执行。干燥包括将有待干燥的一个或多个部件加热。干燥可以包括真空干燥。在多个实施例中，单独的电极和集电器片材是在层压和缠绕之前被干燥的。在多个实施例中，碳基电极(即，活性碳/集电器层压件)是在缠绕之前被干燥的。在多个实施例中，凝胶卷电极是，即在缠绕之后、在将该凝胶卷插入封装物之前或之后被干燥的。

所披露的超级电容器组装过程能够实现快速且连续的制作。通过在受控的氛围室或真空室中执行至少一个组装步骤，可以将该装置内存在的水实质性地最小化。例如，真空处理可以显著地减少干燥时间。在多个实施例中，在真空中执行了以下各项中的一项或多项：(a)集电器涂覆、(b)干燥、(c)缠绕/堆叠，(d)封装并形成电连接、(e)填充、以及(f)密封。在一个实例中，步骤(a)-(f)是在受控的氛围条件(例如，真空)下执行的。在另一个实例中，集电器是在环境条件或受控的环境条件下来涂覆的，并且通过涂覆而形成的碳基电极被给送至真空室中，在该真空室中在真空下执行随后的步骤(b)-(f)。在又一个实例中，至少(b)干燥和(e)填充动作是在真空下执行的。这种真空组装可以显著地减少污染物被引入EDLC中。在多个实施例中，所披露的方法在缠绕之前从碳基电极中快速地去除水并且抑制水在随后的处理步骤过程中被再次引入。在多个实施例中，(a)集电器涂覆、(b)干燥、(c)缠绕/堆叠、(d)封装并形成电连接、(e)填充以及(f)密封这些动作是在不破坏真空的情况下执行的，例如使得在例如干燥与填充的动作之间持续地维持真空。

根据多个实施例，电化学小室包括被安排在封装物内的第一碳基电极和第二碳基电极，其中每个碳基电极包括具有对置的第一和第二主表面的集电器，在该第一主表面上形成了第一导电层，在该第二主表面上形成了第二导电层，并且在该第一和第二导电层中的相应一者上形成了各自包括活性碳、碳黑和粘接剂的第一碳基层和第二碳基层。

图1中展示了根据多个不同实施例的在真空室100内进行的超级电容器制作过程的示意性概念图。将多个集电器片材202和多个分隔器片材204例如作为卷起的片材安装在真空室100外部。当集电器片材202和分隔器片材204穿过装载锁110被给送到该真空室中时将活性碳材料220涂覆到集电器片材202上。活性碳材料220可以与集电器片材202处于直接物理接触，或者在多个实施例中可以在该活性碳材料与这些集电器片材的交界处提供界面层(例如，导电碳层)。该集电器可以是例如15-25μm(例如，20微米)厚的铝箔片，该铝箔片可选地预先涂覆有导电碳层，例如来自Henkel(以前为Acheson)的碳墨(例如，DAGEB012)导电涂层或热生长的碳。

在真空室100的多个不同位置处提供了装载锁110、112、114、116和118以允许零部件和成品装置得以进出真空室100、同时维持该室内的受控氛围或真空条件。

在该真空室内，碳基电极250被干燥并且接着与分隔器材料一起缠绕以形成凝胶卷电极300。这些碳基电极的干燥可以在这些电极呈平面的或接近平面的构型时执行。这使得能够从电极材料中有效地(更完全地)去除水，因为水没有被捕获在缠绕的凝胶卷内。

在缠绕之后，通过将凝胶卷电极300插入罐400中来将其封装。形成电连接并且将该罐用帽410封闭。将该封装物用液体电解质填充500并且用密封件605例如在真空下密封。超级电容器900穿过装载锁118离开真空室100。

在操作过程中，该真空室可以具有小于10^-1托、例如10^-5至10^-1托的基础压力。在多个实施例中，该真空室中的水含量小于200ppm，例如小于200、100、50、20、10、5、2、或1ppm。在多个实施例中，该真空室中的水含量为零ppm。

在多个实施例中，经由装载锁110、112、114、116和118对超级电容器进行快速装载和卸载是通过涡轮分子泵实现的，该涡轮分子泵可以实现大范围(例如，70-6000升/s)的泵送速度。在多个实施例中，可以穿过装载锁同时给送单个零件或多个零件。

该制作过程的多个方面将在下文中加以讨论，并且其包括(a)形成碳基电极、(b)干燥、(c)缠绕/堆叠、(d)封装并且形成电连接、(e)填充、以及(f)密封。除非另外指出，否则具体的步骤不旨在以具体的顺序执行。例如，应了解的是，可以在该制作过程的不同阶段执行一个或多个干燥步骤，例如在集电器涂覆之后但是在缠绕/堆叠之前、以及在填充之后但是在密封之前。

集电器涂覆

碳基电极250是通过将集电器用活性碳材料220涂覆而形成的。该集电器典型地包括导电片材或箔片，例如铝箔片。一般将活性碳颗粒与有机粘接剂(例如，PTFE颗粒)和水或其他液体混合来形成可涂抹的糊剂或浆料。例如通过使用狭缝涂覆或刮墨刀片将包括活性碳的薄层(例如，150-200um)施加到集电器的一侧或两侧上。替代地，碳材料片可以是单独地形成并且被层压到集电器片材上的。经涂覆的集电器可以通过使得水或其他的一种或多种液体成分蒸发来干燥。除了聚四氟乙烯(PTFE)之外，实例有机粘接剂还包括自粘聚合物(SBPs)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚乙烯醇(PVA)。

该活性碳层可以是在该真空室内或真空室外施加到集电器上的。在真空室外涂覆具有的优点是，可以容易地监测并调整过程。在真空室内涂覆可以使得暴露于杂质中最小化并且能够实现所沉积的层的快速干燥。该集电器可以包括多个离散集电器片材区段或一个连续的集电器片材。在图2-6中示意性地展示了根据多个不同实施例的形成碳基电极以及将碳基电极传送至真空室中的方法。

参见图2，活性碳材料220可以在真空室100外被施加到未切断的连续集电器片材202上。在所展示的实例中，真空室装载锁110包括输入闸门122和输出闸门124，这两个闸门在经涂覆的集电器周围形成密封并且允许碳基电极250连续地或成离散区段地给送至该真空室中而不损坏碳基电极或不危害该真空室内的氛围。

闸门122、124可以例如经由形成无泄漏密封的可变形垫片向碳基电极250施加压力。装载锁110可以包括储存区域128，该储存区域允许碳基电极连续地给送至装载锁110中(例如，在输入闸门122打开并且输出闸门124关闭时)并且被移除(例如在装载锁被抽空之后，同时输入闸门122被关闭并且输出闸门124被打开时)。

作为包括闸门122、124的装载锁110的替代实施例，在一个实施例中，碳基电极是经由多个滚轮125被给送到真空室中的。如图3所示的滚轮125可以是台阶状的和/或设有弹性体的或其他可压缩的表面以便在碳基电极250穿过这些滚轮之间时对该碳基电极形成密封，而不损坏该碳基电极或使其变形。这些滚轮125可以被加热以便干燥碳基电极250。

转向图4，在另外的实施例中，结合使用狭缝模口127与滚轮125来涂覆集电器片材202。该狭缝模口的全部或一部分可以被容纳在装载锁110内，它们协作来对真空室100提供真空密封。

在如图5所示的多个实施例中，集电器片材202和分隔器片材204可以被切成多个区段并且被支撑在多个载体140上。每个集电器区段被涂覆以活性碳材料220并且接着经由装载锁110一个接一个或批量地被给送至该真空室中。在此类途径中，碳基电极250可以在其穿过该装载锁时保持平坦，这将使得尺寸扭曲的可能性最小化。在多个实例实施例中，适合的涂覆装置包括狭缝模口和层压机。

在图2-6所展示的涂覆/密封实施例中的每一个实施例中，相应的装载锁110可以是配置在多个区中的，其中使用一个或多个密封件来从该真空室外的第一环境过渡至该真空室内的第二环境。例如，第一环境可以包括第一基础压力并且第二环境可以包括大于或小于该第一基础压力的第二基础压力。在另外的实例中，第一环境可以包括第一气体气氛并且第二环境可以包括不同于该第一气体气氛的第二气体气氛。可以使用干燥的气体，例如干燥的氩气或干燥的氮气。

图6展示了集电器片材202和分隔器片材204容纳在装载锁110内的实施例。在这个构型中，该装载锁可以仅周期性地被循环，例如在要更换卷时。

干燥

在多个实施例中，碳基电极250是在包括最多200ppm水(例如，200、100、50、20、10、5、2、1、或0ppm水)的气氛中被干燥的。此类气氛可以用干燥的气体例如氩气或氮气进行吹扫。在多个实施例中，碳基电极250是在真空下干燥的。如图7所示，可以通过使这些碳基电极250经过加热器150来向其施加热量。实例加热装置包括退火炉或隧道炉。虽然如以上所提及的，干燥可以是以连续的或离散的集电器片材执行的，但是连续片材处理可以通过减小真空室内的离散载体的大小并且消除对其的管理而提供优点。

可以在一个或多个加热区中执行加热以影响干燥，其中这些加热区可以具有不同的长度和/或被维持在不同的温度下。复数个加热区可以由额外的装载锁(未示出)分开，使得被加热的集电器/电极片材周围的压力可以随着水去除率的改变而被修正。这个途径还会限制从集电器/电极片材中释放的水对位于干燥步骤下游的被干燥的电极材料造成污染的可能性。

缠绕/堆叠

在干燥步骤之后，将碳基电极202和分隔器片材204进行交错并且使用缠绕装置来绕心轴缠绕这些电极片材和分隔器片材以便形成凝胶卷电极300。在凝胶卷电极缠绕中，该电极材料在其被缠绕时受到了力，从而得到紧凑的电极。

在多个实施例中，在对电极材料进行干燥之后执行缠绕以形成凝胶卷电极。在该缠绕之后可以执行进一步干燥。

封装/形成电连接

将凝胶卷电极300封装到罐400中。该封装的多个方面包括(a)将多个端子板电连接至该凝胶卷电极上，(b)将该凝胶卷组件插入该罐中，(c)将多根端子板引线连接至该罐上。在图8和图9中示出了EDLC封装物的截面图。

在该凝胶卷电极与该封装物的外部之间的电连接包括结合(例如，焊接)到凝胶卷300的两端上的端子板310。这些端子板310提供了在大面积上接触该凝胶卷的末端203(即，集电器的延伸部分)的宽广表面。例如，可以通过激光焊接或电子束焊接来执行端子板到凝胶卷的焊接。在多个实施例中，焊接是在真空中执行。在多个实施例中，这些端子板是被钎焊至凝胶卷电极上的。举例而言，端子板-凝胶卷电连接可以是通过将导电材料放在这两个零件之间的交界处并且熔化该材料而形成的，该材料流动从而润湿并结合这两个零件。导电材料可以包括例如Al-Si合金。

在多个实施例中，这些端子板中的一者或两者被省略并且该电极凝胶卷是例如通过使用Al-Si合金直接结合至该罐或端帽上。

一旦这些端子板310附接至电极凝胶卷300上，就将该组件插入超级电容器罐400中。在多个实施例中，密封剂412(例如，一层环氧树脂)被施加到该罐的外缘上，并且接着施加端帽410使得端子板引线315伸出穿过这些端帽孔口415。该环氧树脂可以是热固化的，使得它在封装物端帽410与罐400之间提供机械上坚固的、无泄漏的且电绝缘的结合。

该环氧树脂结合部的估计剪切应力在200psi的目标最大操作压力下被给出为200(.25)π(2.2952)/(π(2.350)(.28))＝400lb/in²。在暴露于66℃-70℃的乙腈中不同时间段时，估计了若干环氧树脂(A-D)的剪切应力性能。图10中概括的结果指示了，剪切应力在17天的测试中处于300-600psi的范围内。当这些金属表面在施加环氧树脂之前被粗糙化时，观察到了环氧树脂剪切强度改善多达50％。

将多种环氧树脂备选物暴露于两个热循环测试。第一测试涉及在-40℃与+85℃之间以30秒/循环的10个循环。第二测试涉及在-40℃与+85℃之间以3℃/分的缓变率的100个循环。未填充的环氧树脂针对热循环和热冲击测试均给出了良好的结果。

端子板310包括可以是弯曲(例如相对于端子板310的平面为90度)的一根或多根整合引线315。这些引线315被配置成伸出穿过端帽410和罐400中的孔口415，这使它们能够使用随后的焊接步骤来结合到封装物上。

在实施例中，一旦该端帽和罐通过环氧树脂结合，就将端子板引线315在真空下通过激光焊接或电子束焊接来结合至端帽410和罐400上。在另一个实施例中，端子板引线315被结合到端帽410和罐400上、然后通过环氧树脂将该端帽与该罐结合。图11A中示出了端帽410焊接至罐400上的截面视图。图11B中示出了端子板引线315焊接至端帽410上的截面视图。在焊接之后，可以对该封装物进行泄漏测试以确认所有的焊接结合部是无泄漏的。在额外的下游组装过程(例如电解质填充和封装物密封)中或之后也可以引入泄漏测试。

填充

参见图12，将超级电容器通过端帽填充端口420用液体电解质填充。在多个实施例中，将填充导管(未示出)插入该填充端口中，使得围绕该填充导管周缘的密封件与该填充端口形成无泄漏密封。电解质从真空室外的容器流经该填充导管并且流入该超级电容器封装物中。该真空室外的大气压力迫使电解质进入该封装物内的空腔和孔隙中。在多个实施例中，该超级电容器是在包括最多200ppm水(例如，200、100、50、20、10、5、2、1、或0ppm水)的氛围中用液体电解质来填充的。

密封

如图13所示，用电解质填充好的超级电容器是使用与O形环密封件630相协作的密封插塞605来在例如真空下密封的。插塞605在封装物内部压力超过安全值的事件中还可以提供泄压。

在多个实施例中，该密封是通过在密封插塞的周缘处的激光焊接而形成的。此类“插塞”可以与端子板引线是一体的，该端子板引线伸出穿过了孔口，使得该孔口被用来在电极凝胶卷与封装物外部之间形成电连接并且用于电解质填充。

在超级电容器900被密封之后，它经由装载锁118离开该室。

以上所描述的组装过程通过在一个或多个受控氛围(例如，真空)室内使用多个处理/组装站而能够实现连续的超级电容器制作。

根据另外的实施例，制作方法和设备使用单个工作单元来组装超级电容器。下文中参见图14-39描述了一个序列的制作步骤。

如在图14的剖面示意图中所示，处理室包括两个装载锁110、114以及对应的装载锁门111、115。第一装载锁110包括多个预先缠绕的电极卷以及分隔器材料250。在这个实例中，碳电极材料220之前已经被施加到集电器片材202上，但是它也可以是在进入真空室100之后施加到集电器上的(如图6所示)。这些卷可以含有用于复数次超级电容器凝胶卷缠绕的材料，这样可以减少装载锁被抽空的总次数。

第二装载锁114包括零件载体700，这些不同的超级电容器零部件被装载到该零件载体上。用于将零部件装载到零件载体700上的过程可以是自动的或手动的。

真空室100含有安装在共用的双轴运动平台800上的一系列组装工具。这些工具(可以包括粘附剂分配器820、热源830、和电解质分配器840)可以在该真空室内被操纵以执行不同的封装操作(例如，焊接、分配等)。

该室还包括带有夹持器尖端811的马达810，该夹持器尖端可以被致动以便拾取不同的超级电容器零部件。马达810被布置在固定的位置中。通过协调马达810与平台800和零件载体700的运动，在组装过程中就可以拾取零件并且将之添加至该超级电容器封装物中。

在第一组装步骤中，将含有碳基电极250和分隔器卷(未示出)的装载锁110抽空。当装载锁110处于真空时，装载锁门111打开并且可以在整个封装过程中保持打开(图15)。该装载锁门可以保持打开，直至源电极或分隔器卷之一需要更换。

含有零件载体700的装载锁114可以被抽空。当它达到真空时，将零件载体装载锁114和真空室100分离的装载锁门115也打开。

运动平台800向下移动进入零件载体装载锁114中，使得位于该运动平台上的载体夹持器802接合并夹持该零件载体(图16)。

一旦零件载体700附接至运动平台800上，运动平台800就移动，使得在马达810的末端处的夹持器尖端能够接合位于该零件载体上的转轴710(图17)。

运动平台800使零件载体700向下移动以便将转轴710从该零件载体上移除(图18)。

运动平台800包括可以用于夹持电极片材(图19)并且将其拉离源电极卷(图20)的电极夹持器/切割刀具815。接着将该电极片材的末端通过例如使该电极穿引过该转轴中的狭缝或者用压敏粘附剂来将其附接而附接至转轴710上。

该电极材料可以是在缠绕之前在该真空室内被干燥的。可以在该电极片材的一侧或两侧上提供多个加热器以用于在干燥/缠绕操作过程中从电极中快速地去除水。

马达810转动以便将该电极片材缠绕到该转轴上。虽然图21仅示出了缠绕单个片材，但在实践中两个碳基电极的电极片材、两个集电器片材和两个分隔器片材被对齐并且一起缠绕在该转轴上。缠绕好的片材形成了电极凝胶卷300。

在电极缠绕成凝胶卷电极之后，电极夹持器/切割刀具815切断该电极片材(图22)。相似的夹持器/切割刀具(未示出)切断这些分隔器片材。

该电极片材和分隔器片材的末端是例如通过使用小片胶带301来保持与电极凝胶卷的外表面相接触的。这个胶带是使用单独的工具施加的，该工具会是安装在该运动平台(图22中未示出)上的。

该电极片材的未使用部分被撤回到源电极卷(图23)上。通过使用位于电极卷装载锁内的电极夹持器813来将该电极片材的末端保持在预定位置中。

在电极凝胶卷300缠绕之后，运动平台800移动使得电极凝胶卷300与该零件载体上的封装物罐400对齐(图24)。接着，运动平台800升高使得电极凝胶卷300插入该罐中(图25)。

在多个实施例中，可以预先装载有Al-Si合金材料的焊接环450的封装物罐可以局部地被加热以便将电极凝胶卷300结合至罐400上。可以使用位于该罐下方的焊接环加热器455来加热该焊接材料并且将其熔化(图26)。

将电极凝胶卷300从夹持器尖端811上释放，使得相结合的电极凝胶卷和封装物罐可以保持在该零件载体上(图27)。运动平台800接着移动使得夹持器尖端811接合被搁置在该零件载体上的端帽410(图28)。

在端帽410被夹持器尖端811固持之后，运动平台800移动使得端帽410与封装物罐400相接合(图29)。在迫使该端帽下降到该封装物罐上之后，可以使用该夹持器尖端拾取整个封装物罐。

该运动平台使该零件载体向下移动，使得该端帽和罐均可以被该夹持器尖端固持。运动平台800接着移动，使得粘附剂分配器820的尖端与该封装物罐的缘表面对齐(图30)。马达810接着旋转，使得围绕该端帽的周缘分布一滴粘附剂822。

在多个实施例中，运动平台800移动使得焊接环加热源830被定位在焊接环832上、在该端帽下方(图31)。该马达旋转，使得围绕该环均匀地施加热量。该热源可以被构型成对该焊接环和粘附剂环两者提供适合的加热。在这个过程结束时，该超级电容器封装物被完全密封，使得它仅有的开口是在端帽填充端口处。

运动平台800移动，使得电极分配器填充导管842的尖端与端帽填充端口420对齐。图32中展示了实例电解质分配装置。该端帽填充端口的位置可以是通过使用视觉系统、或者通过从该零件载体拾取起端帽开始保持跟踪其所有的旋转来确定的。

运动平台800移动，使得经填充的超级电容器封装物900与该零件载体上的储存位置对齐(图33)。该夹持器尖端接着释放该超级电容器封装物并且该运动平台使该零件载体向下背离该夹持器尖端移动(图34)。

运动平台800接着移动，使得夹持器尖端811接合被储存在该零件载体上的密封螺钉605(图35)。该运动平台移动，使得密封螺钉605与端帽填充端口对齐(图36)。

接着在运动平台800向上移动时马达810旋转，从而允许密封螺钉605被拧入端帽填充端口420中(图37)。

在超级电容器封装物900被密封之后，运动平台800释放该零件载体700，使得它在该运动平台向上移动时保留在该零件载体装载锁中(图38)。

零件载体装载锁门115被关闭并且零件载体装载锁114与大气通风(图39)。将成品超级电容器零件从零件载体700上移除并且可以将下一组超级电容器零件装载到该零件载体上。电极卷装载锁门111可以是在需要更换电极或分隔器卷时被关闭，或者它可以保持打开以便将总的装载锁抽空和循环时间最小化。

如在此所使用的，单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数的指代，除非上下文清楚地另外指明。因此，例如，提及一个“真空室”包括了具有两个或更多个此类“真空室”的实例，除非上下文清楚地另外指明。

范围在此可以被表达为从“大约”一个具体值、和/或到“大约”另一个具体值。当表达这样的范围时，实例包括从该一个具体值和/或到另一个具体值。类似地，当值被表达为近似值时，通过使用在前的“大约”，应理解的是该具体值形成了另一个方面。应进一步理解的是，这些范围各自的端点明显是相对于另一个端点的并且独立于该另一个端点的。

除非另外明确指出，否则并不以任何方式意图使在此阐述的任何方法解释为要求其步骤按指定顺序执行。相应地，在方法权利要求没有实际叙述其步骤所要遵循的顺序或在其他情况下在权利要求书或说明中没有明确地指出这些步骤将局限于特定顺序的情况下，绝不旨在以任何方式来推测任何具体顺序。在任一项权利要求中任何引述的单个或多个特征或方面都可以与任何另一项或多项权利要求中引述的任何其他特征或方面相组合或被其替换。

还要注意，在此的叙述是指部件是“被配置”或“被适配成”以具体方式起作用。在这方面，此类部件“被配置”或“被适配成”体现具体的特性或以具体方式起作用，其中此类叙述是与既定用途的叙述相反的结构叙述。更具体地，在此提及部件“被配置”或“被适配”的方式是指该部件的现有物理条件并且这样的话应被当成是该部件的结构特征的明确叙述。

虽然可以使用过渡短语“包括”来披露具体实施例的不同特征、元件、或步骤，但是应理解的是，也暗示了替代性的实施例，从而包括可能使用过渡短语“由……组成”或“实质上由……组成”所描述的这些实施例。因此，例如，针对包括活性碳、碳黑和粘接剂的碳基电极的所暗示的替代实施例包括其中碳基电极是由活性碳、碳黑和粘接剂组成的实施例，以及碳基电极实质上是由活性碳、碳黑和粘接剂组成的实施例。

本领域的技术人员将了解的是，可以对本发明作出多种不同修改和变更，而不背离本发明的精神和范围。由于本领域技术人员可能发生结合本发明的精神和实质对所披露实施例加以修改、加以组合、产生子组合和变体，所以本发明应当解释为包括在所附权利要求及其等同物的范围之内的每一事项。

Claims (16)

1.一种用于制作超级电容器的方法，包括：

形成碳基电极，该碳基电极包括被布置在集电器上的一层活性碳，并且

将该碳基电极进行干燥，其中该干燥是在包括少于200ppm水的氛围中执行的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该干燥是在包括少于100ppm水的氛围中执行的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该干燥是在真空下执行的。

4.根据权利要求1所述的方法，包括使该碳基电极在该干燥之前穿过密封件进入真空室中。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括缠绕或堆叠多对与分隔器片材交错的碳基电极以制成凝胶卷或棱柱形电极组件。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括将该电极组件插入封装物中并且在该电极组件与多个封装物端子之间形成电连接。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括用液体电解质填充该封装物并且密封该封装物，其中该填充是在该封装物处于真空下时执行的。

8.一种用于制作超级电容器的方法，包括：将多孔活性碳材料涂覆到集电器片材上以形成碳基电极、将这些碳基电极干燥、缠绕或堆叠与分隔器片材交错的碳基电极以制成凝胶卷或棱柱形电极组件、将该电极组件插入封装物中并且在该电极组件与多个封装物端子之间形成电连接、用液体电解质填充该封装物、并且密封该封装物，其中至少该干燥和填充动作是在真空下执行的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，该活性碳材料被涂覆到这些集电器片材的两侧上。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，该真空压力是从10^-5至10^-1托。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，在该干燥和填充动作之间维持该真空。

12.一种用于制作超级电容器的方法，包括：

形成碳基电极，以及

在缠绕该碳基电极之前干燥该碳基电极。

13.一种用于制作超级电容器的设备，包括：

加热器，该加热器被配置成用于从碳基电极中去除水；

缠绕或堆叠装置，该缠绕或堆叠装置被配置成用于缠绕或堆叠与分隔器片材交错的这些碳基电极以形成凝胶卷或棱柱形电极；以及

分配装置，该分配装置被配置成用于以液体电解质来填充容纳有该凝胶卷或棱柱形电极的超级电容器封装物，其中该加热器、缠绕或堆叠装置、和分配装置各自定位在真空室内。

14.根据权利要求13所述的设备，进一步包括装载锁，该装载锁被配置成用于将该碳基传送至该真空室中。

15.根据权利要求13所述的设备，进一步包括涂覆装置，该涂覆装置被配置成用于将活性碳材料涂覆到集电器片材上以形成这些碳基电极。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，该涂覆装置被定位在该真空室内。