CN110383409B - 具有分离体的电极双电层电容器 - Google Patents

具有分离体的电极双电层电容器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及不使用分离膜而利用具有分离体的电极来改善双电层电容器原电池的传导性，使得电能储存及输出性能优秀的具有分离体的电极双电层电容器原电池。并且，涉及以连接相同极性的集电板的方式层叠多个电极对，并使连接有相同极性的多个层叠电极对的集电板相互连接来改善双电层电容器电池的电能储存密度及输出性能的具有分离体的电极双电层电容器电池。

Description

具有分离体的电极双电层电容器
技术领域
本发明涉及蓄电能装置，尤其涉及双电层电容器，更详细地，涉及利用具有分离体的电极来在没有分离膜的情况下使双电层电容器的内部的正极电极和负极电极得到物理性的分离，从而防止发生电接触，并以正极电极和负极电极相靠近来直接相向的方式进行配置，从而在没有妨碍移动的边界面的情况下，使电解质的阳离子和阴离子以离子性的方式相连接，从而改善传导度，提高蓄能及输出特性的具有分离体的电极双电层电容器。
背景技术
一般情况下，双电层电容器(electric double layer capacitor)不仅为在电容器容器(capacitor container)的内部起到集电板(current collector plate)作用的导电体基板中将为了获得大的电能储存容量而使用单位表面积大的活性炭(activatedcarbon)等来形成电极层(electrode layer)的两个导电体集电板以使分别形成的电极层相向的方式配置,并以物理性的方式分离两个电极，从而实现电绝缘的绝缘体，而且，在两个电极之间配置具有内部的微细的多孔性通道的多孔性分离膜(separator)，并且，在电容器容器中填充电解质后解离的阳离子和阴离子通过分离膜的多孔性通道来移动，用于连接两个电极，利用电容器容器盖(capacitor container cap)进行密封，由此，作为双电层电容器原电池工作。
图1为简要示出以往的双电层电容器原电池的结构图。
如图1所示，就以往的双电层电容器原电池100而言，在电容器容器110中，以正极电极层122和负极电极层124两个电极层面相向的方式配置通过与一面由单位表面积大的活性炭等形成正极电极层(positive electrode layer)122的正极集电板(positivecurrent collector plate)126相同的方法，来一面由活性炭等形成负极电极层(negative electrode layer)124的负极集电板(negative current collector plate)128，在正极电极层122和负极电极层124之间配置多孔性的分离膜(separator)140来使正极电极层122和负极电极层124相分离，并实现电绝缘，且在电容器容器110填充电解质(electrolyte)160来得到解离的阳离子和阴离子向分离膜140的多孔性通道移动，从而相连接。若在电容器容器110填充电解质160，则在正极电极层122和负极电极层124的活性电极的表面的边界面吸附电解质160溶剂分子，并将所吸附的电解质160的溶剂分子介于中间，在正极电极层122中分别相向排列正极电极层122的正电荷和电解质160的阴离子，在负极电极层124中分别相向排列负极电极层124的负电荷(电子)和电解质160的阳离子，由此积累而成的电解质160的溶剂分子的厚度(数埃，0.3nm～0.8nm)的亥姆霍兹层(Helmholtzlayer)分别形成于正极电极层122和负极电极层124的表面的边界面，从而形成双电层，并且，为了连接外部负荷(未图示)或充电器(未图示)而通过电容器容器盖112来在正极集电板126和负极集电板128分别连接正极电导线(positive electrical lead)172、负极电导线(negative electrical lead)174。若在这种以往的双电层电容器原电池100的正极电导线172和负极电导线174的两端连接充电器来向负极电极层124施加负电荷(电子)，则与任意分布于与形成在负极电极层124和电解质160的表面的边界面的亥姆霍兹层相接触的电解质160的阳离子向电解质160的溶剂和分离膜140的多孔性通道移动并施加的负电荷(电子)成正比，并将亥姆霍兹层介于中间来相向地排列积累，与此同时，在正极电极层122积累有与积累于负极电极层124的电子成正比的正电荷，使得阴离子向形成于正极电极层122和电解质160的表面的边界面的亥姆霍兹层移动，并通过将亥姆霍兹层介于中间来相向地排列积累的过程来充电，而若与负荷相连接，则通过排列积累于正极电极层122和负极电极层124的各个亥姆霍兹层的电能的电位差使积累于负极电极层124的负电荷(电子)通过负荷来工作，从而与正极电极层122的正电荷相结合来得到消灭，并在正极电极层122和负极电极层124的表面边界的亥姆霍兹双电层得到带电约束，使得以物理性的方式排列积累的阳离子和阴离子在亥姆霍兹双电层得到分离，并通过任意分布的过程来释放电能。
但是，以往的双电层电容器原电池100相比于配置在正极电极层122和负极电极层124之间来防止两个电极的直接接触，并通过多孔性气孔来使离子经过的分离膜140与按普通的多孔性指标标准气孔率的30～50％至20～50μm的厚度来使电荷直接积累的溶剂分子厚度(数埃，0.3～0.8nm)的亥姆霍兹层，以厚数十万倍的层使阳离子和阴离子能够移动，并且，因电阻的作用而引起双电层电容器原电池100的传导度(conductivity)的下降。而且，在为了改善有可能引起绝缘特性降低的气孔率或提高制作工序上的容易性而增加分离膜140的厚度的情况下，分别形成于正极电极层122和负极电极层124的亥姆霍兹双电层之间的离子移动距离与分离膜140的厚度的增加成正比来增加，并进一步降低双电层电容器原电池100的传导度，从而具有引起双电层电容器原电池100的蓄能效率及输出特性的降低的缺点。
图2及图3为简要示出以往的双电层电容器电池的结构图和电极层叠示意图。
如图2和图3所示，就以往的双电层电容器电池200而言，为了提高电能储存容量而层叠上述双电层电容器原电池100的电极对(electrode pair)，并在各电极对之间配置分离膜140来使各电极对的正极电导线172和负极电导线174利用正极连接器(positiveconnector)210和负极连接器(negative connector)220相连接，或者对各电极对的正极电导线172和负极电导线174直接连接来实现并联。双电层电容器原电池100的电极对根据电容器特性，只要电极面积增加，电容器容量就增加，而双电层电容器电池200由层叠的各电极对并联，使得电极面积增加，从而扩张蓄电能容量。
然而，由于在为了扩张电能储存容量而层叠的双电层电容器原电池100的电极对之间配置分离膜140，因此，具有在每个面积的容量扩大方面存在界限的缺点。
图4为简要示出多个以往的双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的结构图。
如图4所示，多个以往的双电层电容器电池200串联而成的蓄能装置400根据串联的双电层电容器电池200所使用的电解质160来分为水溶性电解质和有机性电解质，在使用水溶性电解质的情况下，具有1V～1.5V的电池电压，在使用有机性电解质的情况下，使用2V～3V的电池电压，因此，通常为了使用于需要高电压的蓄能装置，需要串联多个双电层电容器电池200来使工作电压构成为适合负荷的高电压。使用蓄能装置的正极端子(energystorage pack positive terminal)420、蓄能装置的负极端子(energy storage packnegative terminal)440、用于附着个别的双电层电容器电池的正极引线焊孔(positiveelectrical lead solder hole)412、负极引线焊孔(negative electrical lead solderhole)414及连接金属板(connection metal plate)416所构成的额外的电路板(printedcircuit board)410来连接各个双电层电容器电池的正极引线(double layer capacitorpositive lead)250和双电层电容器电池的负极引线(double layer capacitor negativelead)260，使得多个双电层电容器电池200串联。
为了提高电压而在外部额外构成的电路板410使用双电层电容器电池的正极引线250和双电层电容器电池的负极引线260相连接，从而附加到基于分离膜140的各个双电层电容器电池200的内部电阻，从而通过双电层电容器电池的正极引线250及双电层电容器电池的负极引线260的接触电阻成分的增加，并基于使用外部电路板410的串联的正极引线焊孔412、负极引线焊孔414的连接电阻及基于连接金属板416的电阻成分的增加来大大增加双电层电容器电池200的总的连接电阻，由此，在串联多个双电层电容器电池200来使用高的电压的情况下，根据与基于制作工序的双电层电容器电池200之间的电容器容量成分和电阻成分的特性偏差中因串联而增加的连接电阻成正比的时间常数的增加使双电层电容器电池200的充电特性偏差加深，结果，可在串联有多个双电层电容器电池200的蓄能装置400中引发短时间结束充电的电池和需要长时间的电池的充电偏差现象。
在对可引起这种充电偏差深化现象的多个双电层电容器电池200所串联的蓄能装置400的整个电池继续进行充电的情况下，首先结束充电的双电层电容器电池200随着充电的结束来进一步增加电池的电阻，从而向多个双电层电容器电池200串联而成的蓄能装置400的正极端子420和负极端子440施加的高电压不是均匀地划分而施加到串联的多个电池的，而引起在通过完全充电来增加电阻的双电层电容器电池200集中高的电压的现象，由此，可在双电层电容器电池200的内部发生作为聚丙烯(polypropylene)、聚乙烯(polyethylene)或聚酰胺(polyamide)等材质的多孔性分离膜140的绝缘破坏，发生多个双电层电容器电池200串联而成的蓄能装置400丧失工作功能的情况，并且，存在需要在外部的电路板410适用用于校正根据不同的双电层电容器电池200来增加连接电阻的特性偏差的平衡电路(balancing circuit)的缺点，而所追加的平衡电路在校正多个电池的充电偏差的过程中消耗充电的电能，并延迟充电时间，从而存在多个双电层电容器电池200串联而成的蓄能装置400的效率、寿命及特性因平衡电路功能而进一步降低的问题。
发明内容
(发明所要解决的问题)
本发明用于解决如上所述的现有的问题，本发明的目的在于，提供具有分离体的电极来提供不具有分离膜而由具有分离体的电极构成的双电层电容器原电池。
本发明的另一目的在于，在提供多个具有分离体的电极双电层电容器原电池的电极对所层叠来并联的具有分离体的电极双电层电容器电池中，提供以形成具有分离体的正极电极层的正极集电板和形成具有分离体的负极电极层的负极集电板相向的电极对的负极集电板和所层叠的另一电极对的负极集电板相连接的方式向相反方向进行层叠，并与上述的其他电极对的正极集电板相邻来追加层叠的又一电极对的正极集电板相邻，并以使相同极性之间相接触的方式重新向相反方向交互来进行层叠的方法，由此，无需设置用于在所层叠的上述电极对和上述另一电极对及上述又一电极对之间进行绝缘的分离膜来层叠多个具有分离体的电极双电层电容器电池。
本发明的还有一目的在于，在多个具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置中，提供与具有分离体的电极双电层电容器电池的末端负极集电板的前部面相邻来连接的另一具有分离体的电极双电层电容器电池的起始端正极集电板的前部面层叠并串联，与上述另一具有分离体的电极双电层电容器电池的末端负极集电板的前部面相邻来连接的又一具有分离体的电极双电层电容器电池的起始端正极集电板的前部面层叠并串联的方法，以及在所串联的具有分离体的电极双电层电容器电池的前部面的接触面的边缘周围设有电池框架(cell sill)的容器，由此，提供无需在外部设置额外的串联电路板而对多个具有分离体的电极双电层电容器电池进行串联的蓄能装置。
(解决问题所采用的措施)
为了实现如上所述的目的，本发明的具有分离体的电极双电层电容器原电池的特征在于，由电容器容器、正极集电板、正极电极层、负极集电板及负极电极层以相向的电极对配置，并分别以更高的方式设置于上述正极电极层和上述负极电极层的绝缘分离体的上部末端相接触，使得上述正极电极层和上述负极电极层得到物理性的分离，从而防止发生电接触，而在上述电容器容器填充电解质来使上述正极电极层和上述负极电极层通过电解质的阳离子和阴离子的移动来相连接，上述正极集电板位于上述电容器容器内，上述正极电极层具有分离体，上述分离体为在上述正极集电板的一面以规定花纹的连续的图案凸出，并形成向上述正极集电板的长度及宽度方向反复的图案的凸雕形状的高度更高的绝缘体材质，上述负极电极层具有分离体，上述分离体为在上述负极集电板的一面以规定花纹的连续的图案凸出，并形成向上述负极集电板的长度及宽度方向反复的图案的凸雕形状的高度更高的绝缘体材质。
上述绝缘体材质的分离体以圆形或多边形的形态比电极层突出更高，按不同的区域使比电极层突出更高的绝缘体材质的分离体的大小和间隔不同，使得具有多种大小和间隔的分离体比电极层突出更高。
为了实现如上所述的另一目的，多个具有分离体的电极双电层电容器电池的电极对所层叠来并联的本发明的具有分离体的电极双电层电容器电池的特征在于，包括电容器容器，在上述电容器容器内形成具有分离体的正极电极层的正极集电板以及形成具有分离体的负极电极层的负极集电板相向的电极对的负极集电板相邻并层叠，并以使这种相邻并层叠的另一电极对的负极集电板相连接的方式向相反方向层叠另一电极对，使得与上述另一电极对的正极集电板相邻地进行层叠的又一电极对的正极集电板相邻，从而以相同极性之间相接触的方式重新向相反方向对又一电极对进行交互并层叠，通过这种方法来层叠多个上述本发明的具有分离体的电极双电层电容器原电池的电极对来进行配置，并对各电极对的正极电极引线和负极电极引线进行连接来实现并联，使用电解质来填充电容器容器。
为了实现如上所述的还有一目的，多个具有分离体的电极双电层电容器电池串联的本发明的具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的特征在于，包括蓄能装置容器，在上述蓄能装置容器内与具有分离体的电极双电层电容器电池的末端负极集电板的前部面相邻地进行连接的另一具有分离体的电极双电层电容器电池的起始端正极集电板的前部面层叠并串联，与上述另一具有分离体的电极双电层电容器电池的末端负极集电板的前部面相邻并连接的又一具有分离体的电极双电层电容器电池的起始端正极集电板的前部面层叠并串联，而在上述电容器容器内进行串联的本发明的具有分离体的电极双电层电容器电池的前部面的接触面的边缘周围设置电池框架来分别划分具有分离体的电极双电层电容器电池。
(发明的效果)
在本发明的具有分离体的电极双电层电容器原电池中，在相向的正极电极层和负极电极层分别以更高的方式设置的绝缘体材质的分离体的末端相接触，并以物理性分离的方式形成间隔来防止发生电接触。因此，若限制分离体和电极层的高度差为数微米或其以下的范围，则可以减少相向的两个电极之间的间隔为数微米以下，来相对减少电解质的阳离子和阴离子的移动距离，而这因在相向的正极电极层和负极电极层之间没有妨碍物而相比于以往使用数十微米厚度的多孔性分离膜的双电层电容器原电池大大提高传导性，从而具有电能储存及输出性能卓越的效果。并且，由于不使用制作工序苛刻的多孔性分离膜而可以改善基于分离膜的耐久性界限，并节约制造成本。
本发明的多个具有分离体的电极双电层电容器原电池的电极对所层叠来并联的具有分离体的电极双电层电容器电池以连接具有分离体的双电层电容器原电池的电极对的负极集电板和所层叠的另一具有分离体的双电层电容器原电池的电极对的负极集电板的方式向相反方向层叠，而与上述另一具有分离体的电极双电层电容器原电池的电极对的正极集电板相邻来追加层叠的又一具有分离体的电极双电层电容器原电池的电极对的正极集电板相邻，并以相同极性之间相接触的方式重新向相反方向交互来进行层叠配置，从而相比于以往的在所层叠的电极对和电极对之间使用绝缘分离膜来进行层叠连接的双电层电容器电池，增加每个单位面积所层叠的电极对，从而具有在基于改善上述单位电极对的传导性的蓄电能及输出性能的改善效果，并具有追加改善电能储存密度的效果。并且，由于不使用层叠所需的多个分离膜，因此可以改善基于分离膜的耐久性界限，并具有节约制造成本的效果。
本发明的多个具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置在蓄能装置容器内，与电池的末端负极集电板的前部面相邻来串联的另一本发明的具有分离体的电极双电层电容器电池的作为起始端的正极集电板的前部面与本发明的具有分离体的电极双电层电容器电池直接相接触来连接，而与上述本发明的另一具有分离体的电极双电层电容器电池的末端负极集电板的前部面相邻来连接的又一本发明的具有分离体的电极双电层电容器电池的起始端正极集电板的前部面层叠来串联，并在上述本发明的具有分离体的双电层电容器电池所串联的接触面的边缘周围设置电池框架(cell sill)，从而在蓄能装置容器内串联，由此，相比于以往的使用额外的外部电路板来串联多个双电层电容器电池的蓄能装置，显著减少由外部电路板的连接导致的连接电阻的增加引起的特性失真，从而可以显著减少额外的校正电路的必要性，并可以改善基于外部电路板的使用的耐久性界限。并且，由于不需要设置为了实现外部电路保护而单独设置的机构物，因而在制造成本的节约和耐久性的改善方面具有效果。
附图说明
图1为简要示出以往的双电层电容器原电池的结构图。
图2为简要示出以往的双电层电容器电池的结构图。
图3为简要示出以往的双电层电容器电池的电极层叠的示意图。
图4为简要示出以往的多个双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的示意图。
图5a为简要示出本发明第一实施例的具有分离体的电极双电层电容器原电池的结构图。
图5b为本发明第一实施例的具有分离体的电极结构的侧视图。
图5c为本发明第一实施例的具有分离体的电极结构的俯视图。
图5d为本发明第二实施例的具有分离体的双电极集电板结构的侧视图。
图5e为本发明第三实施例的具有纵线分离体的电极集电板结构的侧视图。
图5f为本发明第三实施例的具有纵线分离体的电极集电板结构的俯视图。
图5g为本发明第四实施例的具有纵线分离体的双电极集电板结构的侧视图。
图6a为简要示出本发明第一实施例的具有分离体的电极双电层电容器电池的结构图。
图6b为简要示出本发明第一实施例的具有分离体的电极双电层电容器电池的电极对的层叠的示意图。
图7a为简要示出本发明第二实施例的具有分离体的双电极双电层电容器电池的结构图。
图7b为简要示出本发明第二实施例的具有分离体的双电极双电层电容器电池的电极对的层叠的示意图。
图8a为本发明第一实施例的多个具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的简要结构图。
图8b为多个本发明的具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置容器的简要的内部结构侧视图。
图8c为简要示出多个本发明的具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置容器的示意图。
图9为本发明第二实施例的多个具有分离体的双电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的简要结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明实施例的具有分离体的电极双电层电容器原电池、层叠多个具有分离体的电极双电层电容器原电池的电极对来并联的具有分离体的电极双电层电容器电池及串联多个具有分离体的电极双电层电容器电池的蓄能装置进行说明。在多个附图中所示的多个结构作为用于说明本发明的概念的概念图，在对结构进行说明的过程中，省略针对公知技术的说明。
本发明的实施方式是为了向本发明所属技术领域的普通技术人员更加完整地说明本发明而提供的。因此，在附图中，多个要素的形状及大小等可以为了更加明确的说明而能够以夸张或缩小的方式进行说明。
首先，根据本发明，在集电板形成有以规定花纹的连续的图案凸出并向上述集电板的长度及宽度方向反复的图案的具有凸雕形状的分离体的电极双电层电容器可实施多种实施例，第一实施例为在集电板的一面形成具有分离体的电极的例，第二实施例为在集电板的双面形成具有分离体的电极的形成具有分离体的双电极集电板结构的例，第三实施例为在集电板的一面形成以向上述集电板的长度方向连续的条纹图案形成的具有纵线分离体的电极的例，第四实施例为在集电板的双面形成以向集电板的长度方向连续的条纹图案形成的具有纵线分离体的电极分别以双重方式形成的具有纵线分离体的双电极集电板的例。
图5a为本发明第一实施例的具有分离体的电极双电层电容器原电池的结构图，图5b为图5a所示的具有分离体的电极结构的侧视图，图5c为图5a所示的具有分离体的电极结构的俯视图。
参照图5a，第一实施例的具有分离体的电极双电层电容器原电池500包括电容器容器510，在上述电容器容器510内，在具有在正极集电板526的一面形成有以规定花纹的连续的图案凸出并向上述正极集电板的长度及宽度方向反复的图案的凸雕形状的高度更高的绝缘体材质的分离体521的正极电极层522的具有分离体的电极520，与此相同地在负极集电板528的一面形成有以规定花纹的连续的图案凸出并向上述负极集电板的长度及宽度方向反复的图案的凸雕形状的高度更高的绝缘体材质的分离体521的负极电极层524的另一具有分离体的电极520，配置于相向的电极对，而分别更高地设置于上述正极电极层522和上述负极电极层524的绝缘体材质的分离体521的上部末端相接触，由此，以使上述正极电极层522和上述负极电极层524得到物理性分离，来防止电接触的方式形成间隔，并在上述电容器容器510填充电解质560来使正极电极层522和上述负极电极层524通过电解质的阳离子和阴离子的移动来得到连接。
这种第一实施例的具有分离体的电极520通过在上述正极集电板526及上述负极集电板528上涂敷光刻胶(photoresist)之类的绝缘体层，并在除规定图案的花纹之外的部分通过蚀刻(etching)方法进行去除，来形成规定花纹的凸出的绝缘体图案，并且，对利用单位表面积大的活性炭等原材料的糊剂(paste)进行印刷及热压接或烧制来形成上述正极电极层522和上述负极电极层524的过程来制作，而利用绝缘体原材料，通过印刷及烧制来在上述正极集电板526及上述负极集电板528上以规定图案的花纹凸出而成的图案直接形成上述分离体521，并对利用单位表面积大的活性炭等原材料的糊剂进行印刷及热压接或烧制来形成和制作上述正极电极层522和上述负极电极层524，或者在上述正极集电板526及上述负极集电板528的一面印刷利用单位表面积大的活性炭等原材料的电极糊剂，并将干燥后单独制作的绝缘体原材料的分离体521插入于上述正极电极层522及上述负极电极层524来临时形成，可以对上述正极电极层522及上述负极电极层524进行热压接或烧制来制作，也可以应用其他多种工序方法来制作。
参照图5a至图5c，本发明第一实施例的具有分离体的电极双电层电容器原电池500为在电容器容器510内，在正极集电板526及负极集电板528的各个一面具有以规定花纹的连续的图案凸出且凸雕形状的高度更高的绝缘体原材料的分离体521的正极电极层522及负极电极层524以相向的电极对进行配置，而在上述正极电极层522以高于正极电极层522的方式形成的分离体521的上部末端和在负极电极层524以高于负极电极层524的方式形成的分离体521相接触，由此，以上述正极电极层522和上述负极电极层522得到物理性分离来防止电接触的方式形成间隔，并在上述电容器容器510填充电解质560来使上述正极电极层522和上述负极电极层524通过离子移动来相连接。
具体地，分离体521形成于各个正极集电板526、负极集电板528上。这种分离体521为了以圆形或多边形的凸出的凸雕形状在各个正极集电板526、负极集电板528上具有连续的突出图案而在各个正极集电板526、负极集电板528上涂敷光刻胶之类的绝缘层，并在除规定图案的花纹之外的部分通过蚀刻(etching)方法进行去除，来形成规定花纹的凸出的绝缘体图案，或者利用绝缘体原材料来在各个正极集电板526、负极集电板528上以规定图案的花纹凸出而成的图案直接形成分离体521，或者在各个正极集电板526、负极集电板528的一面印刷利用单位表面积大的活性炭等原材料的电极糊剂，并在干燥后，在正极电极层522、负极电极层524插入单独制作的绝缘体原材料的分离体521来进行配置，并可以通过进行热压接或烧制来制作，也可以应用其他多种工序方法来制作。
像这样，若在对涂敷于各个正极集电板526、负极集电板528上的绝缘体层加工而成的凸雕形状的分离体521以连续的图案反复排列的情况下，在形成有分离体521的各个正极集电板526、负极集电板528上利用单位表面积大的活性炭等原材料来印刷及热压接或烧制糊剂，从而形成低于分离体521的各个正极电极层522和负极电极层524，使得正极电极层522和负极电极层524相向，则在正极集电板526和负极集电板528上以圆形或多边形图案突出，并高于各个正极电极层522和负极电极层524的分离体521的末端相接触来形成间隔，由此，以防止低于分离体521的正极电极层522和负极电极层524物理性接触的方式实限空间性的分离，来防止电接触，从而可以实现绝缘目的。
通过分离体521来实现空间性分离的正极电极层522和负极电极层524的分离间隔会根据形成连续凸出的图案的一个单位凸雕形状的分离体521的宽度w、间隔d及高度差g等多种因素而不同。随着单位凸雕形状的分离体521的高度差g增加，正极电极层522和负极电极层524的分离间隔增加，随着高度差g减少，正极电极层522和负极电极层524的分离间隔减少。通过电解质560的阳离子和阴离子的移动来连接的正极电极层522和负极电极层524的离子移动传导性与正极电极层522和负极电极层524的分离间隔成反比来减少或增加。并且，单位凸雕形状的分离体521的宽度w越宽且间隔d越紧凑，正极电极层522和负极电极层524的有效相向面积越减少，单位凸雕形状的分离体521的宽度w越窄且间隔d越宽，正极电极层522和负极电极层524的有效相向面积越增加，并且，与此成正比，即，与有效面积的增加和减少成正比，离子传导性增加或减少。即，若将正极电极层522和负极电极层524的有效相向面积为A，将电解质560的传导率为σ，将作为电解质的阳离子和阴离子的平均移动距离的正极电极层522和负极电极层524的分离间隔为L，则导电率G具有如下关系式，并且，随着有效相向面积A的增加和减少，并随着阳离子和阴离子的平均移动距离的减少和增加，导电率G成正比来增加或减少，而电容器电池的输出特性P与导电率G的增加成正比来增加。
Figure BDA0002190746800000101
在本发明的实施例中，优选地，为了改善基于具有分离体的电极双电层电容器原电池500的离子移动的传导性，将分离体521的宽度w，或者与相邻的另一分离体521之间的间隔d形成为1mm～0.01mm以内。这是因为在单位分离体521的宽度w或与此相邻的另一单位分离体521的间隔d小于0.01mm的情况下，分离体521以过于细小的间隔进行排列，使得正极电极层522和负极电极层524的有效相向面积显著减少，有可能抵消基于离子移动的传导性的改善效果，而在单位分离体521的宽度w或与此相邻的另一单位分离体521的间隔d大于1mm的情况下，被各个正极集电板526、负极集电板528支撑的分离体521的纵向的应力分散效应减少，从而有可能难以维持基于分离体521的正极电极层522和负极电极层524的分离间隔。
而且，优选地，与高于各个正极电极层522和负极电极层524来凸出而成的分离体521之间的高度差g要么成为20μm，要么成为20μm以下。在分离体521的高度差g为20μm以上的情况下，形成于各个正极集电板526和负极集电板528的分离体521的末端相接触，使得所分离的正极电极层522和负极电极层524的分离间隔成为40μm以上，从而可以显著减少基于电解质560的离子移动的传导性改善效果。
根据上述的本发明的第一实施例，若包括在正极集电板526及负极集电板528的各个一面以规定花纹的连续的图案凸出而成的凸雕形状的高度更高的分离体521的正极电极层522和负极电极层524以相向的电极对配置，则各个分离体521相接触，从而在正极电极层522和负极电极层524之间分别形成与分离体521和电极层的高度差g的2倍相对应的相对较短的物力间隔，从而实现电绝缘。因此，相比于以往的双电层电容器原电池，在没有分离膜的情况下，使正极电极层和负极电极层得到物理性分离，来实现电绝缘，并通过填充于电容器容器的电解质的阳离子和阴离子的移动来连接的正极电极层和负极电极层的相对较短的间隔可以缩短离子平均移动距离，并且没有阻断正极电极层和负极电极层的离子移动的妨碍物，因此，与增加有效相向面积成正比，改善传导性，从而改善电能储存及发电效率，并且，可以改善耐久性至相对不足的多孔性分离膜的耐久性界限以上。
图6a为本发明第一实施例的具有分离体的电极双电层电容器电池的结构图，图6b为简要示出图6a所示的具有分离体的电极双电层电容器电池的电极对的层叠的示意图。
参照图6a，第一实施例的多个具有分离体的电极双电层电容器原电池的电极对所层叠来并联的具有分离体的电极双电层电容器电池600包括电容器容器510，在上述电容器容器510内，将在一面形成有具有分离体的电极520的正极集电板526和在一面形成具有分离体的电极520的负极集电板528以各个具有分离体的电极520相向的方式进行配置，来形成电极对，并且，以连接形成有与上述负极集电板528的另一面相邻来层叠的具有分离体的电极520的另一负极集电板528的另一面的方式使另一电极对向相反方向层叠，具有与形成有上述的另一电极对的具有分离体的电极520的另一正极集电板526相邻来层叠的又一电极对的具有分离体的电极520的又一正极集电板5246相邻，以相同极性之间相接触的方式使又一电极对重新向相反方向交互来进行层叠，通过这种方法，连接分别形成有多个具有分离体的电极520的相同极性的正极集电板526和正极集电板526、负极集电板528和负极集电板528来进行配置，所连接的集电板则使用正极电导线572、负极电导线574、正极电导线连接线610及负极电导线连接线620来连接，或者分别直接连接相同极性的正极集电板526、负极集电板528来实现物理性分离，从而以扩大电绝缘的相向的电极对的电极面积的方式进行并联，并在上述电容器容器510填充电解质560来通过阳离子和阴离子的移动相连接。
参照图6a至图6b，就层叠本发明第一实施例的多个具有分离体的电极双电层电容器原电池的电极对所层叠来并联的具有分离体的电极双电层电容器电池600的电极对而言，在一面形成具有分离体的电极520的正极集电板526和在一面形成有具有分离体的电极520的负极集电板528相向的电极对的上述具有分离体的电极520以连接与所形成的负极集电板528相邻来层叠的另一电极对的形成具有分离体的电极520的另一负极集电板528的方式向相反方向层叠另一电极对，并接近具有与形成有上述另一电极对的具有分离体的电极520的另一正极集电板526相邻来层叠的又一电极对的具有分离体的电极520的正极集电板526，以相同极性之间相接触的方式使又一电极对重新向相反方向交互来进行层叠，通过这种方法，形成有多个具有分离体的电极520的相同极性的正极集电板526和正极集电板526、负极集电板528和负极集电板528相连接来进行层叠。
上述的本发明第一实施例的具有分离体的电极双电层电容器电池600包括电容器容器510，在上述电容器容器510内，将在一面形成有具有分离体的电极520的正极集电板526和在一面形成具有分离体的电极520的负极集电板528以各个具有分离体的电极520相向的方式进行配置，来形成电极对，并且，以连接形成有与上述负极集电板528的另一面相邻来层叠的具有分离体的电极520的另一负极集电板528的另一面的方式使另一电极对向相反方向层叠，具有与形成有上述的另一电极对的具有分离体的电极520的另一正极集电板526相邻来层叠的又一电极对的具有分离体的电极520的又一正极集电板5246相邻，以相同极性之间相接触的方式使又一电极对重新向相反方向交互来进行层叠，通过这种方法，连接分别形成有多个具有分离体的电极520的相同极性的正极集电板526和正极集电板526、负极集电板528和负极集电板528来进行配置，所连接的集电板则使用正极电导线572、负极电导线574、正极电导线连接线610及负极电导线连接线620来连接，或者分别直接连接相同极性的正极集电板526、负极集电板528来实现物理性分离，从而以扩大电绝缘的相向的电极对的电极面积的方式进行并联，并在上述电容器容器510填充电解质560来通过阳离子和阴离子的移动相连接，在上述电容器容器510填充电解质560来通过阳离子和阴离子的移动相连接。因此，相比于以往的双电层电容器电池，可在没有分离膜的情况下层叠所层叠的多个电极对，从而改善电能储存密度及发电的效率，并且，可以改善耐久性至多孔性分离膜耐久性界限以上。
图8a为本发明第一实施例的多个具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的简要结构图，图8b为图8a所示的多个具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的蓄能装置容器的内部侧视图，图8c为简要示出图8a所示的多个具有分离体的电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的蓄能装置容器的示意图。
参照图8a，第一实施例的多个具有分离体的电极双电层电容器电池600串联而成的蓄能装置800包括蓄能装置容器810，在上述蓄能装置容器810内，与具有分离体的电极双电层电容器电池600的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的另一具有分离体的电极双电层电容器电池600的起始端正极集电板526的前部面以串联的方式层叠，并以上述另一具有分离体的电极双电层电容器电池600的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的又一具有分离体的电极双电层电容器电池600的起始端正极集电板526的前部面串联的方式层叠，通过这种方法，串联多个具有分离体的电极双电层电容器电池600来进行配置，而在上述正极集电板526的前部面和上述负极集电板528的前部面所串联的各个接触面的边缘周围形成电池框架(cell sill)814，而通过这种方法，分别划分多个具有分离体的电极双电层电容器电池600来实现串联。
参照图8a至图8c，本发明第一实施例的多个具有分离体的电极双电层电容器电池600串联而成的蓄能装置800在蓄能装置容器810内，以与具有分离体的电极双电层电容器电池600的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的另一具有分离体的电极双电层电容器电池600的起始端正极集电板526的前部面串联的方式层叠，而以与上述另一具有分离体的电极双电层电容器电池600的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的又一具有分离体的电极双电层电容器电池600的起始端正极集电板526的前部面串联的方式进行层叠，通过这种方法，串联多个具有分离体的电极双电层电容器电池600来进行配置，而在上述正极集电板526的前部面和上述负极集电板528的前部面所串联的各个接触面的边缘周围具有电池框架(cell sill)814，从而分别划分所串联的多个具有分离体的电极双电层电容器电池600来实现串联。
上述的本发明第一实施例的多个具有分离体的电极双电层电容器电池600串联而成的蓄能装置800在蓄能装置容器810内以与具有分离体的电极双电层电容器电池600的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的另一具有分离体的电极双电层电容器电池600的起始端正极集电板526的前部面串联的方式层叠，并以上述另一具有分离体的电极双电层电容器电池600的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的又一具有分离体的电极双电层电容器电池600的起始端正极集电板526的前部面串联的方式层叠，通过这种方法，串联多个具有分离体的电极双电层电容器电池600来进行配置，而在上述正极集电板526的前部面和上述负极集电板528的前部面所串联的各个接触面的边缘周围形成电池框架(cellsill)814，而通过这种方法，分别划分多个具有分离体的电极双电层电容器电池600来实现串联。因此，相比于以往串联多个双电层电容器电池的蓄能装置，可在没有额外的电路板的情况下在蓄能装置的内部串联多个具有分离体的电极双电层电容器电池，从而可以显著减少通过使用外部电路板的串联来增加接触电阻导致的特性失真，并显著减少额外的校正电路的必要性，改善基于使用外部电路板的功能性的耐久性界限，且无需使用用于保护外部电路板的额外的机构物，从而具有节约制造成本的优点和改善器具耐久性界限的优点。
图5d为本发明第二实施例的具有分离体的双电极集电板结构的侧视图。
参照图5d，在第二实施例的具有分离体的双电极集电板530的双面设置具有分离体的电极520，上述具有分离体的电极520包括：集电板527；电极层523，分别形成于上述集电板527的双面；以及绝缘体材质的分离体521，在上述集电板的双面分别以规定花纹的连续的图案凸出的凸雕形状的高度高于上述电极层523。
图7a为本发明第二实施例的具有分离体的双电极双电层电容器电池的结构图，图7b为简要示出图7a所示的具有分离体的双电极双电层电容器电池的电极对的层叠的示意图。
参照图7a，第二实施例的具有分离体的双电极双电层电容器电池700包括电容器容器510，在上述电容器容器510内，以在一面形成有具有分离体的电极520的正极集电板526和在双面分别形成具有分离体的电极520的具有分离体的双电极集电板530的一面相向的方式进行配置，来形成电极对，并且，以使具有分离体的双电极集电板530的另一面与另一具有分离体的双电极集电板530的面相向的方式层叠，来形成另一电极对，并以又一具有分离体的双电极集电板530的一面与上述另一具有分离体的双电极集电板530的另一面相向的方式层叠，来形成又一电极对，通过这种方法，层叠多个具有分离体的双电极集电板530来构成多个电极对，并且，以使最后层叠的具有分离体的双电极集电板530的另一面与一面形成具有分离体的电极520的负极集电板528相向的方式层叠，来形成末端的电极对，而使用正极电导线572、负极电导线574、正极电导线连接线610及负极电导线连接线620来连接各电极对的相同极性或直接进行连接来实现物理性分离，从而以扩大电绝缘的相向的电极对的电极面积的方式进行并联，并在上述电容器容器510填充电解质560来通过阳离子和阴离子的移动相连接。
参照图7a至图7b，就本发明第二实施例的具有分离体的双电极双电层电容器电池700的电极的层叠而言，在一面形成具有分离体的电极520的正极集电板526和在双面分别形成具有分离体的电极520的具有分离体的双电极集电板530的一面以相向的方式层叠，来形成电极对，使另一具有分离体的双电极集电板530的一面与上述具有分离体的双电极集电板530的另一面相向的方式层叠，来形成另一电极对，并使又一具有分离体的双电极集电板530的一面与上述另一具有分离体的双电极集电板530的另一面相向的方式层叠，来形成又一电极对，通过这种方法，层叠多个具有分离体的双电极集电板530来构成多个电极对，并且，以使最后层叠的具有分离体的双电极集电板530的另一面与一面形成具有分离体的电极520的负极集电板528相向的方式层叠，来形成末端的电极对。
上述的本发明第二实施例的具有分离体的双电极双电层电容器电池700包括电容器容器510，在上述电容器容器510内，以在一面形成有具有分离体的电极520的正极集电板526和在双面分别形成具有分离体的电极520的具有分离体的双电极集电板530的一面相向的方式进行配置，来形成电极对，并且，以使另一具有分离体的双电极集电板530的一面与上述具有分离体的双电极集电板530的另一面相向的方式层叠，来形成另一电极对，并以又一具有分离体的双电极集电板530的一面与上述另一具有分离体的双电极集电板530的另一面相向的方式层叠，来形成又一电极对，通过这种方法，层叠多个具有分离体的双电极集电板530来构成多个电极对，并且，以使最后层叠的具有分离体的双电极集电板530的另一面与一面形成具有分离体的电极520的负极集电板528相向的方式层叠，来形成末端的电极对，而使用正极电导线572、负极电导线574、正极电导线连接线610及负极电导线连接线620来连接各电极对的相同极性或直接进行连接来实现物理性分离，从而以扩大电绝缘的相向的电极对的电极面积的方式进行并联，并在上述电容器容器510填充电解质560来通过阳离子和阴离子的移动相连接。因此，相比于以往的双电层电容器原电池，在没有分离膜的情况下，使各电极对的正极电极层和负极电极层得到物理性分离，来实现电绝缘，并且，可以显著减少通过阳离子和阴离子的移动来相连接的正极电极层和负极电极层之间的阳离子和阴离子的移动距离，与此成正比来改善传导性，并且，可在没有分离膜的情况下，层叠多个电极对，可将所层叠的相邻的电极对和一个集电板使用为共同的集电板，从而可以改善电能储存密度及发电效率，并可以改善耐久性至多孔性分离膜的耐久性界限以上。
图9为本发明第二实施例的多个具有分离体的双电极双电层电容器电池串联而成的蓄能装置的简要结构图。
参照图9，第二实施例的多个具有分离体的双电极双电层电容器电池700串联而成的蓄能装置900包括蓄能装置容器810，在上述蓄能装置容器810内，与具有分离体的双电极双电层电容器电池700的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的另一具有分离体的双电极双电层电容器电池700的起始端正极集电板526的前部面以串联的方式层叠，并以上述另一具有分离体的双电极双电层电容器电池700的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的又一具有分离体的双电极双电层电容器电池700的起始端正极集电板526的前部面串联的方式层叠，通过这种方法，串联多个具有分离体的双电极双电层电容器电池700来进行配置，而在上述正极集电板526的前部面和上述负极集电板528的前部面所串联的各个接触面的边缘周围形成电池框架(cell sill)814，而通过这种方法，分别划分多个具有分离体的双电极双电层电容器电池700来实现串联。
上述的本发明第二实施例的多个具有分离体的双电极双电层电容器电池700串联而成的蓄能装置900在蓄能装置容器810内，以与具有分离体的双电极双电层电容器电池700的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的另一具有分离体的双电极双电层电容器电池700的起始端正极集电板526的前部面串联的方式层叠，而以与上述另一具有分离体的双电极双电层电容器电池700的末端负极集电板528的前部面相邻来连接的又一具有分离体的双电极双电层电容器电池700的起始端正极集电板526的前部面串联的方式进行层叠，通过这种方法，串联多个具有分离体的双电极双电层电容器电池700来进行配置，而在上述正极集电板526的前部面和上述负极集电板528的前部面所串联的各个接触面的边缘周围具有电池框架(cell sill)814，通过这种方法，使多个具有分离体的双电极双电层电容器电池700串联。因此，相比于以往串联多个双电层电容器电池的蓄能装置，可在没有额外的电路板的情况下在蓄能装置的内部串联多个具有分离体的双电极双电层电容器电池，从而可以显著减少基于串联的接触电阻的增加引起的特性失真，并显著减少额外的校正电路的必要性，改善基于使用外部电路板的功能性的耐久性界限，且无需使用用于保护外部电路板的额外的机构物，从而具有节约制造成本的优点和改善器具耐久性界限的优点。
图5e为本发明第三实施例的具有纵线分离体的电极集电板结构的侧视图，图5f为图5e所示的具有纵线分离体的电极集电板结构的俯视图。
参照图5e至图5f，本发明第三实施例的具有纵线分离体的电极集电板540包括：集电板527；电极层523，形成于上述集电板的一面；以及纵线分离体541，在上述集电板527的一面分别向上述集电板527的长度方向以长的方式向宽度方向留有规定的间隔，并且，以杆形状突出的高度大于上述电极层523。
上述的本发明第三实施例的具有纵线分离体的集电板540可在上述具有分离体的电极双电层电容器原电池500、上述具有分离体的电极双电层电容器电池600及上述多个具有分离体的电极双电层电容器电池600串联而成的蓄能装置800中代替具有分离体的电极520和正极集电板526、具有分离体的电极520和负极集电板527来构成。
图5g为本发明第四实施例的具有纵线分离体的双电极集电板结构的侧视图。
参照图5g，第四实施例的具有纵线分离体的双电极集电板550包括：集电板527；电极层523，分别形成于上述集电板527的双面；以及纵线分离体541，在上述集电板527的双面分别向上述集电板527的长度方向以长的方式向宽度方向留有规定的间隔，并且，以杆形状突出的高度大于上述电极层523。
上述的本发明第四实施例的具有纵线分离体的双电极集电板550能够以在上述具有分离体的双电极双电层电容器电池700及上述多个具有分离体的双电极双电层电容器电池700串联而成的蓄能装置900中代替具有分离体的双电极集电板530来构成。

Claims (8)

1.一种双电层电容器，其特征在于，包括：
集电板；
电极层，形成于上述集电板的一面；以及
凸雕形状的多个分离体，其在上述集电板的一面以其一端突出于上述电极层的方式埋设于上述电极层，
相邻的分离体之间具有间隔(d)，
一对上述集电板以上述电极层相向的方式结合，并多个上述分离体的上述一端相接触而在相向的一对上述电极层之间形成分离间隔，以此构成原电池，
在相向的一对上述电极层之间的分离间隔中填充有电解质，
上述集电板以相接触的方式向厚度方向层叠而多个上述原电池并联，以此构成双电层电容器电池，
上述双电层电容器电池的末端集电板和与其相邻的双电层电容器电池的起始端集电板相互层叠连接而串联，
在用于收纳串联的多个上述双电层电容器电池的蓄能装置容器中，在对应于相互连接的上述末端集电板和上述起始端集电板的连接面的位置形成有电池框架。
2.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于，上述电极层和上述分离体在上述集电板的双面形成。
3.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于，上述分离体通过以下方法来形成：
在上述集电板上涂敷绝缘体层，并对除去图案花纹的部分使用蚀刻(etching)方法来进行去除，或
在上述集电板上以图案花纹印刷及烧制绝缘体原材料，或
使用绝缘体原材料单独制作，并在插入于上述集电板上的上述电极层后，对上述电极层进行热压接或烧制。
4.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于，上述分离体以圆形或多边形的形态从上述集电板突出而成。
5.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于，上述分离体以上述集电板的长度或宽度方向的线(line)形态突出而成。
6.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于，上述分离体以不同的宽度(w)及间隔(d)来形成。
7.根据权利要求6所述的双电层电容器，其特征在于，上述分离体的宽度(w)及间隔(d)形成为0.01mm至1.0mm。
8.根据权利要求1所述的双电层电容器，其特征在于，上述分离体从上述电极层的表面以20μm以内的高度差(g)突出。
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