CN109216040A - 用于超级电容器的电极组件 - Google Patents

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Abstract

提供了用于超级电容器的电极组件。所述电极组件包括：第一电极，其包括电耦合到第一碳质涂层的第一集电器；第二电极，其包括电耦合到第二碳质涂层的第二集电器；和隔板，其位于所述第一电极与所述第二电极之间。所述第一集电器的至少一部分突出超过第一纵向边缘以限定第一突出部分，其中所述第一突出部分的偏移比率为约0.02至约0.3。

Description

用于超级电容器的电极组件
背景技术
电能储存电池广泛用于向电子、机电、电化学和其它有用装置提供电力。双电层超级电容器例如通常使用含有浸渍有液体电解质的碳颗粒(例如活性碳)的一对可极化电极。由于颗粒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，问题依然存在。例如，许多常规超级电容器对高温敏感，这可能导致等效串联电阻(“ESR”)增加。因而，目前需要具有改进的电特性的超级电容器。
发明内容
根据本发明的一个实施方案，公开了一种用于超级电容器的电极组件，其限定了相对的第一纵向边缘与第二纵向边缘之间的长度。所述电极组件包括：第一电极，其包括电耦合到第一碳质涂层的第一集电器；第二电极，其包括电耦合到第二碳质涂层的第二集电器；和隔板，其位于所述第一电极与所述第二电极之间。所述第一集电器的至少一部分突出超过所述第一纵向边缘以限定第一突出部分。所述第一突出部分的偏移比率为约0.02至约0.3。
下文更详细地阐述本发明的其它特征和方面。
附图说明
在本说明书的其余部分中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实现的公开内容，包括其最佳模式，其中参考了附图，在所述附图中：
图1是本发明的电极组件的一个实施方案的横截面分解图；
图2是图1的电极组件的俯视图；
图3是在用盖子密封之前可以根据本发明形成的超级电容器的一个实施方案的示意图；和
图4是可以根据本发明形成的超级电容器的一个实施方案的示意图。
在本说明书和附图中重复使用参考符号旨在表示本发明的相同或类似的特征或要素。
具体实施方式
本领域普通技术人员应该理解，本讨论仅仅是对示例性实施方案的描述，并不意图限制本发明的更宽泛的方面，这些更宽泛的方面体现在示例性的构造中。
一般而言，本发明涉及用于超级电容器中的电极组件。所述电极组件包括：第一电极，其包含电耦合到第一集电器的第一碳质涂层(例如活性碳颗粒)；和第二电极，其包含电耦合到第二集电器的第二碳质涂层(例如活性碳颗粒)。隔板也位于所述第一电极与所述第二电极之间。所述电极组件是通过将电极和隔板结合在一起而形成的，例如通过堆叠、螺旋缠绕等。
不管采用何种技术，至少一个集电器(第一集电器和/或第二集电器)突出超过电极组件的纵向边缘。集电器的突出部分可以提供用于接触壳体内的端子的增加的表面积，这可以降低ESR。例如，所得到的超级电容器可以展现出如在100kHz的频率和25℃的温度下以及未施加电压的情况下测定为约100毫欧姆以下，在一些实施方案中小于约80毫欧姆，在一些实施方案中约0.01至约50毫欧姆，以及在一些实施方案中约0.05至约20毫欧姆的ESR。ESR也可以在各种不同的温度下保持稳定。例如，可以将超级电容器放置成与温度为约80℃以上，在一些实施方案中约100℃至约150℃，以及在一些实施方案中约105℃至约130℃(例如85℃或105℃)的气氛接触。即使在如此高的温度下，ESR通常仍可在上述范围内保持相当长的一段时间，例如约100小时以上，在一些实施方案中约300小时至约5000小时，以及在一些实施方案中约600小时至约4500小时(例如，168、336、504、672、840、1008、1512、2040、3024或4032小时)。在一个实施方案中，例如，超级电容器在暴露于热气氛(例如85℃或105℃)持续1008小时后的ESR与超级电容器在最初暴露于热气氛时的ESR的比率是约1.3以下，在一些实施方案中约1.2以下，以及在一些实施方案中约0.2至约1。
这样低的ESR值也可以在各种极端条件下保持，例如当如上所述施加高电压和/或在潮湿气氛中时。例如，超级电容器在暴露于热气氛(例如85℃或105℃)和施加电压后的ESR与超级电容器在暴露于热气氛时但在施加电压之前的初始ESR的比率可以是约1.8以下，在一些实施方案中约1.7以下，以及在一些实施方案中约0.2至约1.6。电压例如可以是约1伏以上，在一些实施方案中约1.5伏以上，以及在一些实施方案中约2至约10伏(例如2.1伏)。在一个实施方案中，例如，上述比率可以保持1008小时以上。当暴露于高湿度水平时，超级电容器还可以保持上述ESR值。例如，超级电容器在暴露于热气氛(例如85℃或105℃)和高湿度(例如85％)后的ESR与超级电容器在暴露于热气氛时但在暴露于高湿度之前的初始电容值的比率可以是约1.5以下，在一些实施方案中约1.4以下，以及在一些实施方案中约0.2至约1.2。在一个实施方案中，例如，该比率可以保持1008小时以上。
通过将集电器的突出部分的长度除以电极组件的长度而确定的突出集电器的“偏移比率”通常被控制在约0.02至约0.3，在一些实施方案中约0.04至约0.2，以及在一些实施方案中约0.05至约0.1的范围内。例如，集电器的突出部分的长度可以是约1至约20毫米，在一些实施方案中约2至约16毫米，以及在一些实施方案中约5至约15毫米。同样地，电极组件的长度可以是约5至约100毫米，在一些实施方案中约8至约60毫米，以及在一些实施方案中约10至约25毫米。通过选择性地控制电极偏移比率以及突出部分和电极组件的相对长度，本发明人已经发现所得的超级电容器不仅可以实现降低的ESR，而且还具有高电容值。超级电容器可以例如展现出在120Hz的频率和25℃的温度下以及未施加电压的情况下测得为约6法拉/平方厘米(“F/cm2”)以上，在一些实施方案中约8F/cm2以上，在一些实施方案中约9至约100F/cm2，以及在一些实施方案中约10至约80F/cm2的电容值。
电容也可以在如上所述的高温下保持稳定相当长的一段时间，例如约100小时以上，在一些实施方案中约300小时至约5000小时，以及在一些实施方案中约600小时至约4500小时(例如，168、336、504、672、840、1008、1512、2040、3024或4032小时)。在一个实施方案中，例如，超级电容器在暴露于热气氛(例如85℃或105℃)持续1008小时后的电容值与超级电容器在最初暴露于热气氛时的电容值的比率为约0.75以上，在一些实施方案中约0.8至1.0，以及在一些实施方案中约0.85至1.0。当施加电压和/或在潮湿气氛中时，高电容值也可以保持。例如，超级电容器在暴露于热气氛(例如85℃或105℃)和施加电压时的电容值与超级电容器在暴露于热气氛时但在施加电压之前的初始电容值的比率可以是约0.60以上，在一些实施方案中约0.65至1.0，以及在一些实施方案中约0.7至1.0。电压例如可以是约1伏以上，在一些实施方案中约1.5伏以上，以及在一些实施方案中约2至约10伏(例如2.1伏)。在一个实施方案中，例如，上述比率可以保持1008小时以上。当暴露于高湿度水平时，例如当放置成与相对湿度为约40％以上、在一些实施方案中约45％以上、在一些实施方案中约50％以上以及在一些实施方案中约70％以上(例如约85％至100％)的气氛接触时，超级电容器还可以保持上述电容值。相对湿度例如可根据ASTM E337-02,方法A(2007)测定。例如，超级电容器在暴露于热气氛(例如85℃或105℃)和高湿度(例如85％)后的电容值与超级电容器在暴露于热气氛时但在暴露于高湿度之前的初始电容值的比率可以是约0.7以上，在一些实施方案中约0.75至1.0，以及在一些实施方案中约0.80至1.0。在一个实施方案中，例如，该比率可以保持1008小时以上。
现在将更详细地描述本发明的各种实施方案。
I.电极组件
A.电极
如上所述，电极组件包含第一电极和第二电极，其又分别包含第一集电器和第二集电器。应该理解，如果需要，还可以使用额外的集电器，特别是在超级电容器包括多个储能电池时。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如铝、不锈钢、镍、银、钯等以及其合金的基底形成。铝和铝合金特别适用于本发明。基底可以是箔、片、板、网等形式。基底还可以具有相对小的厚度，例如约200微米以下，在一些实施方案中约1至约100微米，在一些实施方案中约5至约80微米，以及在一些实施方案中约10至约50微米。尽管绝不要求，但基底的表面可以任选粗糙化，例如通过清洗、蚀刻、喷砂等。
第一碳质涂层和第二碳质涂层也分别电耦合到第一集电器和第二集电器。尽管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，但每个碳质涂层通常包含至少一个包括活化颗粒的层。在某些实施方案中，例如，活性碳层可以直接位于集电器上方并且可以任选地是碳质涂层的唯一层。合适的活性碳颗粒的实例可以包括例如椰壳基活性碳、石油焦炭基活性碳、沥青基活性碳、聚偏二氯乙烯基活性碳、酚醛树脂基活性碳、聚丙烯腈基活化碳，以及来自天然来源如煤炭、木炭或其它天然有机来源的活性碳。
在某些实施方案中，可能希望选择性地控制活性碳颗粒的某些方面，例如其粒度分布、表面积和孔径分布，以帮助改善某些类型的电解质在经受一次或多次充电-放电循环后的离子迁移率。例如，至少50体积％的颗粒(D50尺寸)可以具有在约0.01至约30微米，在一些实施方案中约0.1至约20微米，以及在一些实施方案中约0.5至约10微米范围内的尺寸。至少90体积％的颗粒(D90尺寸)同样可以具有在约2至约40微米，在一些实施方案中约5至约30微米，以及在一些实施方案中约6至约15微米范围内的尺寸。BET表面也可以在约900m2/g至约3,000m2/g，在一些实施方案中约1,000m2/g至约2,500m2/g，以及在一些实施方案中约1,100m2/g至约1,800m2/g的范围内。
除了具有特定的尺寸和表面积之外，活性碳颗粒还可以包含具有特定尺寸分布的孔隙。例如，尺寸小于约2纳米的孔隙(即“微孔隙”)的量可以提供总孔隙体积的约50体积％(体积百分比)以下，在一些实施方案中约30体积％以下，以及在一些实施方案中0.1体积％至15体积％的孔隙体积。尺寸为约2纳米与约50纳米之间的孔隙(即“中孔隙”)的量同样可以是约20体积％至约80体积％，在一些实施方案中约25体积％至约75体积％，以及在一些实施方案中约35体积％至约65体积％。最后，尺寸大于约50纳米的孔隙(即“大孔隙”)的量可以是约1体积％至约50体积％，在一些实施方案中约5体积％至约40体积％，以及在一些实施方案中约10体积％至约35体积％。碳颗粒的总孔隙体积可以在约0.2cm3/g至约1.5cm3/g以及在一些实施方案中约0.4cm3/g至约1.0cm3/g的范围内，并且中值孔隙宽度可以是约8纳米以下，在一些实施方案中约1至约5纳米，以及在一些实施方案中约2至约4纳米。可以使用氮吸附来测量孔隙尺寸和总孔隙体积，并且如本领域众所周知的通过Barrett-Joyner-Halenda(“BJH”)技术进行分析。
如果需要，以第一碳质涂层和/或第二碳质涂层中的每100份碳计，粘合剂可以约60份以下，在一些实施方案中40份以下，以及在一些实施方案中约1至约25份的量存在。粘合剂可以例如占碳质涂层的总重量的约15重量％以下，在一些实施方案中约10重量％以下，以及在一些实施方案中约0.5重量％至约5重量％。任何各种合适的粘合剂都可用于电极中。例如，在某些实施方案中可以使用不溶于水的有机粘合剂，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-乙酸乙烯酯三元共聚物、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，以及其混合物。也可以使用水溶性有机粘合剂，例如多糖及其衍生物。在一个特定实施方案中，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)；羧烷基纤维素醚(例如羧甲基纤维素)；等等，以及任何前述物质的质子化盐，例如羧甲基纤维素钠。
其它材料也可以用在第一碳质涂层和/或第二碳质涂层的活性碳层内和/或第一碳质涂层和/或第二碳质涂层的其它层内。例如，在某些实施方案中，可以使用导电促进剂来进一步增加导电性。示例性导电促进剂可以包括例如碳黑、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，以及其混合物。碳黑是特别合适的。当使用时，以碳质涂层中的每100份活性碳颗粒计，导电促进剂通常占约60份以下，在一些实施方案中40份以下，以及在一些实施方案中约1至约25份。导电促进剂例如可以占碳质涂层总重量的约15重量％以下，在一些实施方案中约10重量％以下，以及在一些实施方案中约0.5重量％至约5重量％。活性碳颗粒同样通常占碳质涂层的85重量％以上，在一些实施方案中约90重量％以上，以及在一些实施方案中约95重量％至约99.5重量％。
如本领域技术人员所熟知，将碳质涂层施加到集电器上的具体方式可以变化，例如印刷(例如轮转凹版印刷)、喷涂、槽模涂布、滴涂、浸涂等。不管其施用方式如何，通常将所得到的电极干燥以从涂层中除去水分，例如在约100℃以上，在一些实施方案中约200℃以上，以及在一些实施方案中约300℃至约500℃的温度下。电极还可以被压缩(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基于超级电容器的期望的电气性能和操作范围而变化。然而，典型地，涂层的厚度为约20至约200微米，30至约150微米，以及在一些实施方案中约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，整体电极(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，在一些实施方案中约30至约300微米，以及在一些实施方案中约50至约250微米的范围内。
B.隔板
隔板也位于第一电极与第二电极之间。如果需要，也可以在电极组件中使用其它隔板。例如，一个或多个隔板可以位于第一电极、第二电极或两者之上。隔板能够将一个电极与另一个电极电隔离以帮助防止电短路，但仍允许离子在两个电极之间传输。在某些实施方案中，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，聚烯烃非织造网)、织造织物、膜(例如聚烯烃膜)等的隔板。纤维素纤维材料特别适用于超级电容器，例如包含天然纤维、合成纤维等的那些。适用于隔板的纤维素纤维的具体实例可以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。不管所用的具体材料如何，隔板通常具有约5至约150微米，在一些实施方案中约10至约100微米，以及在一些实施方案中约20至约80微米的厚度。
电极组件的部件组合在一起的方式可以如本领域已知的那样变化。例如，电极和隔板可以最初折叠，缠绕或以其它方式接触在一起以形成电极组件。在一个特定实施方案中，电极、隔板和任选的电解质可以缠绕成具有“果冻卷”配置的电极组件。参照图1-2，例如，示出了电极组件10的一个实施方案，其包含第一电极12、第二电极14和位于电极12与14之间的隔板60。在该特定实施方案中，电极组件10还包括另一隔板70，其位于第二电极14上方。以这种方式，电极的两个涂覆表面中的每一个被隔板隔开，从而使每单位体积的表面积和电容最大化。第一电极12包含设置在第一集电器20的相对表面上的碳质涂层22和24，而第二电极14包含设置在第二集电器40的相对表面上的碳质涂层42和44。当然，应当理解，集电器的两个表面都不需要含有碳质涂层。
如图2所示，电极12和14以及隔板60和70缠绕在一起，使得组件10在纵向边缘41与21之间沿纵向方向延伸以限定长度“L”。在所示实施方案中，例如，隔板60和70显示为具有数值相似且大于碳质涂层的相应长度的长度。因此，在本实施方案中组件10的长度“L”实际上是隔板的最外边缘之间的距离。例如，长度“L”可以是约5至约100毫米，在一些实施方案中约8至约60毫米，以及在一些实施方案中约10至约25毫米。第一集电器20被定位成使得其具有突出超过组件10的纵向边缘21的第一突出部分64。类似地，第二集电器40被定位成使得其具有突出超过组件10的纵向边缘41的第二突出部分62。例如，第一突出部分64的长度“L1”、第二突出部分62的长度“L2”或两者可以是约1至约20毫米，在一些实施方案中约2至约16毫米，以及在一些实施方案中约5至约15毫米。在所示实施方案中，集电器的突出通过使用长度大于相应碳质涂层的集电器来实现。然而，可选地，集电器的突出也可以通过简单地将它们相对于组件的其它部件偏移来实现。
II.非水电解质
为了形成超级电容器，在电极和隔板组合在一起以形成电极组件之前、期间和/或之后，将电解质放置成与第一电极和第二电极离子接触。电解质通常本质上是非水性的，因此含有至少一种非水溶剂。为了帮助扩展超级电容器的操作温度范围，通常希望非水溶剂具有相对高的沸点温度，例如约150℃以上，在一些实施方案中约200℃以上，以及在一些实施方案中约220℃至约300℃。特别合适的高沸点溶剂可以包括例如环状碳酸酯溶剂，例如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯等。当然，也可以使用单独地或与环状碳酸酯溶剂组合的其它非水溶剂。这些溶剂的实例可以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(例如乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈等)，酰胺(例如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(例如硝基甲烷、硝基乙烷等)，硫化合物(例如环丁砜、二甲亚砜等)；等等。
电解质还可以含有至少一种离子液体，其溶解在非水溶剂中。尽管离子液体的浓度可以变化，但是通常期望离子液体以相对高的浓度存在。例如，离子液体可以约0.8摩尔/升(M)电解质以上，在一些实施方案中约1.0M以上，在一些实施方案中约1.2M以上，以及在一些实施方案中约1.3至约1.8M的量存在。
离子液体通常是具有相对低的熔融温度，例如约400℃以下，在一些实施方案中约350℃以下，在一些实施方案中约1℃至约100℃，以及在一些实施方案中约5℃至约50℃的盐。盐含有阳离子物质和抗衡离子。所述阳离子物质包含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实例包括例如未被取代或被取代的有机季铵化合物，例如铵(例如三甲基铵、三乙基铵等)，吡啶鎓，哒嗪鎓，嘧啶鎓，吡嗪鎓，咪唑鎓，吡唑鎓，噁唑鎓，三唑鎓，噻唑鎓，喹啉鎓，哌啶鎓，吡咯烷鎓，其中两个或更多个环通过螺原子(例如碳、杂原子等)连接在一起的季铵螺环化合物，季铵稠环结构(例如喹啉鎓、异喹啉鎓等)等等。在一个特定实施方案中，例如，阳离子物质可以是N-螺双环化合物，例如具有环状环的对称或不对称的N-螺双环化合物。这种化合物的一个实例具有以下结构：
其中m和n独立地是3至7，以及在一些实施方案中4至5的数目(例如吡咯烷鎓或哌啶鎓)。
阳离子物质的合适的抗衡离子同样可以包括卤素(例如氯离子、溴离子、碘离子等)；硫酸根或磺酸根(例如甲基硫酸根、乙基硫酸根、丁基硫酸根、己基硫酸根、辛基硫酸根、硫酸氢根、甲磺酸根、十二烷基苯磺酸根、十二烷基硫酸根、三氟甲烷磺酸根、十七氟辛烷磺酸根、十二烷基乙氧基硫酸钠等)；磺基琥珀酸根；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)；硼酸根(例如四氟硼酸根、四氰基硼酸根、双[草酸根合]硼酸根、双[水杨酸根合]硼酸根等)；磷酸根或亚膦酸根(例如六氟磷酸根、二乙基磷酸根、双(五氟乙基)亚膦酸根、三(五氟乙基)-三氟磷酸根、三(九氟丁基)三氟磷酸根等)；锑酸根(例如六氟锑酸根)；铝酸根(例如四氯铝酸根)；脂肪酸羧酸根(例如油酸根、异硬脂酸根、十五氟辛酸根等)；氰酸根；醋酸根；等等，以及任何上述物质的组合。
合适的离子液体的一些实例可以包括例如四氟硼酸螺-(1,1')-联吡咯烷鎓、四氟硼酸三乙基甲基铵、四氟硼酸四乙基铵、螺-(1,1')-联吡咯烷鎓碘化物、三乙基甲基碘化铵、四乙基碘化铵、四氟硼酸四丁基铵、六氟磷酸四乙基铵等。
III.壳体
超级电容器还可以包含壳体，其中电极组件和电解质保持在壳体内并且任选地密封。壳体的性质可能会根据需要变化。在一个实施方案中，例如，壳体可以包含金属容器(“罐”)，例如由钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢(例如不锈钢)、其合金、其复合物(例如涂有导电氧化物的金属)等形成的那些。铝特别适用于本发明。金属容器可以具有各种不同形状中的任何形状，例如圆柱形、D形等。圆柱形容器是特别合适的。
参照图3-4，更详细地示出了可以在超级电容器中采用的壳体的一个实施方案。在该特定实施方案中，壳体包含限定基座3000和开口端3200的金属容器2122(例如圆柱形罐)。盖子2118设置在开口端3200上方并且附接(例如焊接)到容器2122以密封壳体。在一个特定实施方案中，如图4所示，盖子2118可以包含第一集电盘2114，其包括圆盘形部分2134、螺柱部分2136和紧固件2138(例如螺钉)。集电盘2114与在电极组件10的中心形成的中空芯2160的第一端对齐，然后将螺柱部分2136插入芯的开口中，使得第一集电盘2114(例如圆盘形部分2134和/或螺柱部分2136)接触第二集电器40的第二突出部分62。以这种方式，将第二集电器40放置成与盖子2118电接触。紧固件2138也可以耦合(例如，可螺纹连接)到第一端子2116。金属容器2122可以同样包含第二集电盘2120，其包括圆盘形部分2142、螺柱部分2140和第二端子2144。第二集电盘2120与中空芯2160的第二端对齐，然后将螺柱部分2140插入到芯的开口中，使得第二集电盘2120(例如，圆盘形部分2142和/或螺柱部分2140)接触第一集电器20的第一突出部分64。以这种方式，第一集电器20被放置成与基座3000电接触。尽管图3-4中未明确示出，但突出部分62和/或64的长度在接触集电盘时可以变得折叠或以其它方式变形。
测试方法
等效串联电阻(ESR)
等效串联电阻可以使用DC偏压为0.0伏、1.1伏或2.1伏(0.5伏峰-峰正弦信号)的Keithley 3330精密LCZ仪来测量。工作频率为100kHz。可以测试各种温度和相对湿度水平。例如，温度可以是25℃、85℃或105℃，并且相对湿度可以是25％或85％。
电容
电容可以使用DC偏压为0.0伏、1.1伏或2.1伏(0.5伏峰-峰正弦信号)的Keithley3330精密LCZ仪来测量。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25℃、85℃或105℃，并且相对湿度可以是25％或85％。
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践本发明的这些和其它修改和变化。另外，应该理解，各种实施方案的各方面可以整体或部分互换。此外，本领域的普通技术人员应理解，前述描述仅作为示例，并非旨在限制在所附权利要求中进一步描述的本发明。

Claims (22)

1.一种用于超级电容器的电极组件，其限定相对的第一纵向边缘与第二纵向边缘之间的长度，其中所述电极组件包括：
第一电极，其包括电耦合到第一碳质涂层的第一集电器，其中所述第一集电器的至少一部分突出超过所述第一纵向边缘以限定第一突出部分，其中所述第一突出部分的偏移比率是约0.02至约0.3；
第二电极，其包括电耦合到第二碳质涂层的第二集电器；和
隔板，其位于所述第一电极与所述第二电极之间。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第二集电器的至少一部分突出超过所述第二纵向边缘以限定第二突出部分，其中所述第二突出部分的偏移比率是约0.02至约0.3。
3.根据权利要求1或2所述的电极组件，其中所述第一突出部分、所述第二突出部分，或两者的长度是约1至约20毫米。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件的长度是约5至约100毫米。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件具有果冻卷式配置。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一集电器和所述第二集电器各自包含基底，所述基底包括导电金属。
7.根据权利要求6所述的电极组件，其中所述导电金属是铝或其合金。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一碳质涂层、所述第二碳质涂层，或两者含有活性碳颗粒。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述隔板包括纤维素纤维材料。
10.一种超级电容器，其包含根据前述权利要求中的任一项所述的电极组件和与所述第一电极和所述第二电极离子接触的非水电解质。
11.根据权利要求10所述的超级电容器，其中所述非水电解质含有溶解于非水溶剂中的离子液体，其中所述离子液体含有阳离子物质和抗衡离子。
12.根据权利要求11所述的超级电容器，其中所述非水溶剂包括碳酸丙烯酯、腈，或其组合。
13.根据权利要求11所述的超级电容器，其中所述阳离子物质包括有机季铵化合物。
14.根据权利要求13所述的超级电容器，其中所述有机季铵化合物具有以下结构：
其中m和n独立地是3至7的数目。
15.根据权利要求11所述的超级电容器，其中所述离子液体以约1.0M以上的浓度存在。
16.根据权利要求10所述的超级电容器，其中所述超级电容器展现出如在100kHz的频率和25℃的温度下测定为约100毫欧姆以下的ESR。
17.根据权利要求10所述的超级电容器，其中所述超级电容器展现出如在120Hz的频率和25℃的温度下测定为约6法拉/平方厘米以上的电容值。
18.根据权利要求10所述的超级电容器，其中所述超级电容器包含壳体，所述壳体包括具有基座和开口端的容器，其中盖子邻近所述开口端设置，并且此外其中所述电极组件定位于所述壳体内，使得所述第一突出部分被放置成与所述基座或所述盖子电接触。
19.根据权利要求18所述的超级电容器，其中所述第二集电器的至少一部分突出超过所述第二纵向边缘以限定第二突出部分，其中所述第二突出部分的偏移比率是约0.02至约0.3。
20.根据权利要求19所述的超级电容器，其中所述第一突出部分与所述基座电接触，并且所述第二突出部分与所述盖子电接触。
21.根据权利要求18所述的超级电容器，其中所述容器由金属形成。
22.根据权利要求18所述的超级电容器，其中所述容器具有圆柱形形状。
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