CN111433873A - 芯片形式超级电容器 - Google Patents

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Abstract

公开一种适合于使用焊料回流工艺安装在印刷电路板上的储能设备。在一些实施例中，所述设备包括：密封的壳主体(例如，其上附接有盖的下主体)，所述密封的壳主体包括设置在所述主体内的正极内部接触件和负极内部接触件(例如，金属接触垫)，并且每个接触件相应地与正极外部接触件和负极外部接触件电连通。所述外部接触件中的每个都提供到主体外部的电连通，并且可以设置在所述主体的外表面上。双电层电容器(EDLC)(在本文中也称为“超级电容器”或“超级电容”)储能单元设置在所述主体中的空腔内，包括交替的电极层和电绝缘分隔体层的堆叠体。电解质设置在所述空腔内并且润湿所述电极层。正极引线将第一组一个或多个所述电极层电连接到所述正极内部接触件；并且负极引线将第二组一个或多个所述电极层电连接到所述负极内部接触件。

Description

芯片形式超级电容器
相关申请的交叉引用
本申请根据37CFR§1.53(b)提交，并且进一步根据35U.S.C.§1.119(e)要求于2017年10月3日提交的、标题为“芯片超级电容器”的先前提交的临时申请62/567，752的权益，所述临时申请的全部内容出于任何目的通过引用并入本文。
背景技术
1.技术领域
本文公开的本发明涉及储能装置，并且特别地，涉及一种被配置为安装到电路板的超级电容器。
2.背景技术
大多装置利用具有设置在电路板上的部件的电子器件。与所有电子产品一样，有效的电源是为部件供电的必要条件。一种用于在电路板上提供本地电力的技术涉及诸如电池和电容器的储能装置的使用。
通常，常规的电容器提供小于约360焦耳每千克的比能量，而常规的碱性电池具有的密度为约590kJ/kg。超级电容器(也称为“超级电容”)可以比电池更快地接受和递送电荷，并且比可再充电电池承受更多的充电和放电循环。这使得超级电容器的实现成为电工程师的有吸引力的解决方案。
作为第一设计障碍，对于给定的充电，典型的超级电容器可能比常规电池大得多。即使在功率密度方面有进步，还有另一个问题是面向工艺的。也就是说，电路的组装需要将部件焊接到电路板。该“回流工艺”产生的热量足够大以使常规的超级电容器劣化或损坏。因此，尽管超级电容器的使用可能是用于对安装在电路板上的电子器件供电的有吸引力的解决方案，但是所述解决方案对于需要高电力输出的紧凑设计来说是不可用的。除此之外，现有超级电容器技术的另一个问题是此类部件的寿命有限。
所需要的是可用于为设置在电路板上的电子部件供电的超级电容器。优选地，超级电容器提供紧凑的设计，所述设计适合于部件的不断缩小的大小，能够经受回流处理并且提供有用的操作寿命。
发明内容
在一个方面，公开了一种适合于使用焊料回流工艺安装在印刷电路板上的储能设备。在一些实施例中，所述设备包括：密封的壳主体(例如，其上附接有盖的下主体)，所述密封的壳主体包括设置在所述主体内的正极内部接触件和负极内部接触件(例如，金属接触垫)，并且每个接触件相应地与正极外部接触件和负极外部接触件电连通。所述外部接触件中的每个都提供到主体外部的电连通，并且可以设置在所述主体的外表面上。双电层电容器(EDLC)(在本文中也称为“超级电容器”或“超级电容”)储能单元设置在所述主体中的空腔内，包括交替的电极层和电绝缘分隔体层的堆叠体。电解质设置在所述空腔内并且润湿所述电极层。正极引线将第一组一个或多个所述电极层电连接到所述正极内部接触件；并且负极引线将第二组一个或多个所述电极层电连接到所述负极内部接触件。
在一些实施例中，所述电极层中的每个都包括基本上不含粘合剂并且基本上由碳质材料构成的储能介质。在一些实施例中，所述储能介质包括限定空隙空间的碳纳米管网络；和碳质材料(例如，活性碳)，其位于所述空隙空间中并且由所述碳纳米管网络界定。在一些实施例中，至少一个电极层包括双面电极层，所述双面电极层具有设置在导电集电器层的相对表面上的储能介质。
在一些实施例中，所述储能单元的与主体物理接触的表面由电绝缘材料构成(例如，层分隔体材料，或者在一些实施例中，设置在所述单元周围的绝缘封套阻挡件)。
在一些实施例中，所述电极层中的每个都包括导电引片，所述导电引片附接到所述正极引线和所述负极引线中任一个。例如，一组正电极可以包括(例如，使用超声波焊接或其它合适的技术)连接到正极引线的引片(并且对于负电极情况也是类似的)。
在各种实施例中，可能期望通过隔离设备的电化学活性部分(否则这些电化学活性部分在操作期间可能会与电解质接触)来防止腐蚀和其它相关的有害影响。因此，一些实施例包括一个或多个防腐蚀特征件，例如，位于所述内部接触件中的一个附近并且被配置为在操作期间限制所述内部接触件和所述电解质之间的电化学反应的特征件。在一些实施例中，所述内部接触件包括与所述电解质具有相对高的电化学活性的第一材料，并且所述防腐蚀特征件包括与所述电解质具有比所述第一材料相对低的电化学活性的第二材料的保护层，所述保护层设置为防止所述第一材料与所述电解质之间的接触。在一些实施例中，所述保护层包括例如本文所描述的类型的密封剂层。在一些实施例中，所述保护层包括设置在所述第一材料的表面上的金属层。在一些实施例中，所述保护层包括设置在所述第一材料的表面上的金属层和设置在所述金属层上的密封剂层。在一些实施例中，所述金属层包括由所述密封剂层固定或部分固定(例如，到所述内部接触件)的金属垫片。在一些实施例中，所述主体的内表面包括凹入部分，所述凹入部分被配置为接收所述防腐蚀特征件的至少一部分。在一些实施例中，所述正极或负极引线的一部分延伸穿过所述防腐蚀特征件以连接到所述内部接触件中的一个。在一些实施例中，所述防腐蚀特征件包括铝金属层。在一些实施例中，所述防腐蚀特征件包括环氧密封剂。
一些实施例包括封闭所述储能单元和所述电解质的电绝缘封套阻挡件，所述电绝缘封套阻挡件被配置为防止所述电解质和所述储能单元与所述空腔的表面接触。在一些实施例中，所述引线从所述储能单元延伸穿过所述阻挡件到所述内部接触件。在一些实施例中，所述阻挡件被热密封至所述引线，以防止所述电解质从所述阻挡件封套内泄漏。
在一些实施例中，所述主体是被配置为表面安装在印刷电路板上的芯片(例如，基于陶瓷的微芯片封装)，其中当如此安装时，所述芯片在所述印刷电路板的所述主表面上方延伸不超过约5.0mm、4.0mm、3.5mm、3.0mm或更低。
在一些实施例中，所述设备可以具有至少2.0V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、3.0V或更高的操作电压。在一些实施例中，所述设备可以具有至少300mF、400mF、450mF、500mF或更高的电容。在一些实施例中，所述设备可以具有至少4.0J/cc、4.5J/cc、5.0J/cc、5.1J/cc或更高的能量密度。在一些实施例中，所述设备可以具有至少15W/cc、至少20W/cc、至少22W/cc或更高的峰值功率密度。在一些实施例中，所述设备可以具有500mΩ或更低的等效串联电阻、400mΩ或更低的等效串联电阻、300mΩ或更低的等效串联电阻。在一些实施例中，所述设备可以具有至少65℃、75℃、85℃、100℃、125℃、150℃或更高的操作温度额定值。
在一些实施例中，所述设备在至少2.0V(或至少2.1V或更高)的操作电压和至少65℃的操作温度下可以具有至少2,000小时的操作寿命，同时表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。在一些实施例中，所述设备在至少2.0V(或至少2.1V或更高)的操作电压和至少85℃的操作温度下，可以具有至少1,000小时、至少1,500小时、至少2,000小时、至少3,000小时或更长的操作寿命，同时表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。在一些实施例中，所述设备在至少2.0V(或至少2.1V或更高)的操作电压和至少100℃的操作温度下，可以具有至少1,000小时、至少1,500小时、至少2,000小时、至少3,000小时或更长的操作寿命，同时表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。在一些实施例中，操作寿命在使用回流工艺将所述设备焊接到印刷电路板上之后发生，所述回流工艺具有至少30秒、60秒、120秒、180秒、240秒、360秒或更长的至少一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个温度循环，峰值温度为至少100℃、200℃、250℃、300℃或更高。
在一些实施例中，所述储能单元向安装到所述电路板的至少一个另外的元件(例如，固态存储装置)提供电力(例如，备用电力)。
在一些实施例中，所述电解质包括离子液体，在一些实施例中，所述离子液体可以与盐和/或溶剂(例如本文所描述的类型的盐和/或溶剂)混合。
在一些实施例中，所述壳主体是气密密封的。例如，在一些实施例中，金属盖可以附接(例如，焊接)到陶瓷元件以形成所述壳主体，如本文详细描述的。
在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，卤素离子的总浓度保持低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm或更低。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，金属物种杂质保持在低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm或更低。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，溴乙烷、氯乙烷、1-溴丁烷、1-氯丁烷、1-甲基咪唑、乙酸乙酯和二氯甲烷的杂质保持在低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm或更低。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，水分保持在低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm或更低。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，卤素杂质保持在低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm或更低。
在一些实施例中，所述设备包括容纳在所述密封的壳主体中的单个储能单元，换句话说，每个芯片一个储能单元。在其它实施例中，每个芯片可以包括多个储能单元，例如，一起设置在共同的空腔内，或者在单独的空腔中，或者在其组合中。
在另一个方面，公开了一种使用焊料回流工艺制造适合于安装在印刷电路板上的储能设备的方法。在一些实施例中，所述方法包括：形成包括交替的电极层和电绝缘分隔体层的堆叠体的双电层电容器(EDLC)储能单元；将所述储能单元设置在壳主体内，所述主体包括设置在所述主体内的正极内部接触件和负极内部接触件；用电解质至少部分地填充所述主体以润湿所述电极层；将来自第一组一个或多个所述电极层的正极引线电连接到所述正极内部接触件；将来自第二组一个或多个所述电极层的负极引线电连接到所述负极内部接触件；以及密封所述壳主体，其中所述储能单元设置在所述空腔内。在一些实施例中，密封所述壳主体包括气密地密封所述壳主体(例如，以提供如本文所描述的低杂质条件)。
在另一个方面，公开了一种向安装在印刷电路板上的装置提供能量的方法。在一些实施例中，所述方法可以包括使用焊料回流工艺将本文所描述的类型的设备安装到印刷电路板上；以及在操作电压和操作温度下对所述设备重复地充电和放电，以向装置提供能量。在一些实施例中，所述操作电压为至少2.0V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.75V、3.0V或更高。在一些实施例中，所述操作温度为至少65℃、至少85℃、至少100℃、至少125℃、至少150℃或更高。在一些实施例中，所述方法包括在所述操作电压和所述操作温度下对所述设备重复地充电和放电以向所述装置提供能量至少2,000小时，同时所述设备表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。
各种实施例可以单独地或以任何合适的组合包括本文所描述的任何特征件和元件。
附图说明
从以下结合附图的描述中，本发明的特征和优点是显而易见的，其中：
图1是描绘示例性超级电容器的各方面的示意图；
图2是描绘根据本文教导的芯片帽的实施例的等距视图；
图3是图2的芯片帽的分解图(从相对的角度)；
图4A、图4B和图4C，本文统称为图4是用于图2的芯片帽的电极的图示；
图5是在用于图2的芯片帽的存储单元内使用的储能介质的堆叠体的描绘；
图6是描绘用于图2的芯片帽的存储单元的等距视图；
图7是描绘用于图2的芯片帽的主体的等距视图；
图8是图7的主体的仰视图；
图9是描绘设置在图7的主体内的图6的存储单元的等距视图；
图10是在用于并入存储单元的制备状态中的图7的主体的横截面的局部示意图；
图11是图9的组件的俯视图；
图12是图11中示出的组件的横截面视图，所述横截面沿标有“A”的轴线截取；
图13是描绘用于图2的芯片帽的回流的时间-温度样式的曲线图；
图14至图16是描绘用于芯片帽的实施例的性能数据的方面的曲线图；
图17A至图17B是描绘用于芯片帽的实施例的性能数据的方面的曲线图；
图18A至图18B是描绘用于芯片帽的实施例的性能数据的方面的曲线图；
图19是描绘利用图2的芯片帽的系统的示意图；以及
图20是描绘用于制造图2的芯片帽的工艺流程的示意图。
具体实施方式
本文公开了一种用于向电路板提供能量的储能装置。通常，储能装置，也被称为“芯片帽”是以适合于表面安装到电路板的形状系数配置的专用超级电容器。有利地，芯片帽能够承受与板安装电路的制造和组装相关联的需求，并且随后递送优于现有技术储能装置的性能。
在介绍储能装置之前，提供一些术语来建立本文教导的背景。
储能装置的实施例在本文中可以被称为“超级电容器”，并且还被称为“芯片帽”。术语“芯片帽”通常是指适合于表面安装在印刷电路板(PCB)上的超级电容器的实施例。通常，术语“芯片帽”是指可安装到电路板(即，芯片)上的常规微芯片类型的部件和包括在其中的超级电容器技术。
如本文所使用的，术语“可回流”通常是指本文所公开的储能装置经受与电路板的表面安装相关联的制造工艺的能力。制造工艺可以涉及焊接(即，回流工艺)，其中工艺温度包括加热循环，所述加热循环将所述部件加热到150摄氏度，在一些情况下加热到200摄氏度，并且可能加热到220摄氏度或更高。此类加热循环可以持续30、60、90、120、240、360秒或更长的持续时间。因此，如本文所讨论的，“可回流”部件是能够承受适合于将所述部件结合到板安装电路中的加热循环而不会经历实质上劣化的未来性能的部件。在一些实施例中，本文所描述的部件可以承受多个此类回流循环，例如，两个、三个、四个、五个或更多个此类循环。
在一些实施例中，可回流部件可能实际上表现出劣化的性能，然而，劣化是可以预期的，并且最终安装(即，组装或安装的部件)可能表现出被认为是可接受的预测的性能水平。
在介绍芯片帽之前，下面结合图1阐述电化学双层电容器(EDLC)的一些通常方面。本文所呈现的示例不是对本技术的限制，而是仅是说明性的，并且是出于解释的目的而提供的。
图1描绘了与电化学双层电容器(EDLC)10的示例性实施例相关联的概念，所述电化学双层电容器(EDLC)10也称为“超级电容器”。超级电容器10包括两个电极(负电极3和正电极4)，每个电极3、4在电解质界面处具有双层电荷。在一些实施例中，其包括多个电极。然而，出于讨论和说明的目的，图1中仅示出两个电极3、4。在本文中，作为惯例，电极3、4中的每个都使用碳基储能介质1(如本文进一步讨论的)来提供能量存储。
电极3、4中的每个都包括相应的集电器2。在超级电容器10中，电极3、4由分隔体5间隔开。通常，分隔体5是用于将电极3、4分隔成两个或更多个隔室的薄结构材料(通常是薄片)。
包括至少一种形式的电解质6。电解质6填充电极3、4和分隔体5内和之间的空隙空间。通常，电解质6是分解成带电离子的化学化合物。在一些实施例中可以包括溶解化学化合物的溶剂。产生的电解溶液通过离子传输来导电。
为了方便起见，电极3、4、分隔体5和电解质6的组合被称为“存储单元12”在一些实施例中，术语“存储单元”仅指没有电解质6的电极3、4和分隔体5。
通常，示例性超级电容器10以本文进一步讨论的方式封装在壳体7(其可以简单地称为“壳体7”)中。壳体7是气密密封的。在各种示例中，封装通过利用激光、超声波和/或焊接技术的技术被气密地密封。壳体7(也称为“外壳”)包括至少一个端子8。每个端子8提供对存储在储能介质1中的能量的电访问。
在示例性EDLC 10中，储能介质1可由活性碳、碳纤维、人造丝、石墨烯、气凝胶、碳布和/或碳纳米管提供并且包括活性碳、碳纤维、人造丝、石墨烯、气凝胶、碳布和/或碳纳米管。例如，可以通过以下方法制造活性碳电极：通过对通过碳化合物碳化获得的碳材料进行第一活化处理来制造碳基材；通过向碳基材添加粘合剂来制造成形主体；碳化成形主体；以及最后通过对碳化成形主体进行第二活化处理来制造活性碳电极。
碳纤维电极可以例如通过使用具有高表面积碳纤维的纸或布预成型件来生产。
在一个具体示例中，使用化学气相沉积(CVD)在多个衬底上制造多壁碳纳米管(MWNT)用于电极3、4。在一个实施例中，使用低压化学气相沉积(LPCVD)。制造工艺可以使用乙炔、氩气和氢气的气体混合物、以及铁催化剂，所述铁催化剂通过电子束沉积和/或溅射沉积而沉积在衬底上。
在一些实施例中，用于形成储能介质1的材料可以包括除纯碳之外的材料。例如，可以包括用于提供粘合剂的各种材料配方。然而，通常，储能介质1基本上由碳形成，并且因此被称为“碳质材料”
简而言之，尽管主要由碳形成，但是储能介质1可以包括任何形式的碳，以及被认为适当或可接受的任何添加剂或杂质，以提供作为储能介质1的期望的功能。
电解质6包括多个阳离子9和阴离子11的配对，并且在一些实施例中，可以包括溶剂。可以使用每个的各种组合。在示例性的EDLC 10中，阳离子11可以包括：1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓、1,3-双(3-氰丙基)咪唑鎓、1,3-二乙氧基咪唑鎓、1-丁基-1-甲基哌啶鎓、1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-4-甲基吡啶鎓、1-丁基吡啶鎓、1-癸基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓、3-甲基-1-丙基吡啶鎓和1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺及其组合以及认为适当的其它等效物。
在示例性的EDLC 10中，阴离子9可以包括：双(三氟甲磺酸盐)酰亚胺、三(三氟甲磺酸盐)甲化物、二氰酰胺、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、三氟甲磺酸盐、双(五氟乙磺酸盐)酰亚胺、硫氰酸盐、三氟(三氟甲基)硼酸盐、螺环-(1,1')-联吡咯烷鎓四氟硼酸盐、另一种潜在的盐是四氟硼酸四乙基铵及其组合以及认为适当的其它等效物。
溶剂可以包括乙腈、酰胺、苄腈、丁内酯、环醚、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、二乙醚、二甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、二甲基甲酰胺、二甲基砜、二恶烷、二氧戊环、甲酸乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯、内酯、线性醚、甲酸甲酯、丙酸甲酯、甲基四氢呋喃、腈、硝基苯、硝基甲烷、n-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、环丁砜、砜、四氢呋喃、四亚甲基砜、噻吩、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、碳酸酯、γ-丁内酯、腈、三氰基己烷、丁腈、碳酸乙烯酯和二氯甲烷、其任何组合或表现出适当性能特性的其它材料。
分隔体5可由无纺玻璃制成。分隔体5也可由玻璃纤维、含氟聚合物、铁氟龙
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(PTFE)和陶瓷制成。例如，使用无纺玻璃，分隔体5可以包括主纤维和粘合剂纤维，每个粘合剂纤维的纤维直径小于主纤维中的每个的纤维直径，并且允许主纤维粘结在一起。
与超级电容器10相关的概念的前述描述为本文公开的和下面讨论的芯片帽提供背景。
在图2和图3的图示中，芯片帽100包括主体101和安装在其上的盖102。体积103设置在主体101和盖102内，所述体积103容纳有浸没在电解质126中或被电解质126润湿的芯片帽存储单元105。主体101也可以被称为壳体7的一部分，或者被称为“容器”或“封装”以及其它类似的术语。通常，芯片帽存储单元105通过以上关于超级电容器存储单元12阐述的原理来操作。芯片帽存储单元105(下文中称为“存储单元105”)的其它方面将在下面阐述。
在一些实施例中，主体101和安装在其上的盖102可以具有被选择为适合于微电子应用的尺寸。例如，在一些实施例中，主体101和安装在其上的盖被配置为表面安装在印刷电路板上，其中当如此安装时，主体101和盖102在印刷电路板的主表面上方延伸不超过约5.0mm、4.0mm、3.5mm、3.0mm或更少。在一些实施例中，主体101具有的最大横向尺寸小于约5.0cm、4.0cm、3.0cm、2.0cm、1.0cm、0.5cm、0.25cm或更小。在一些实施例中，主体101占据小于25.0cm^2、16.0cm^2、9.0cm^2、1.0cm^2、0.25cm^2、0.1cm^2、0.075cm^2、0.05cm^2或更少的横向表面面积。
在一些实施例中，盖102面向主体101的内部的一侧可以包括保护涂层或层(例如，聚合物或塑料材料，诸如PTFE或聚酰亚胺)，以防止盖和存储单元105之间的不期望的物理或电接触。
构建芯片帽100的工艺开始于存储单元105的制造和主体101的制备。
构建存储单元105的第一步涉及电极的制备。在图4A中示出了双面电极600的示例。通常，如图4A中示出的，每个双面电极600都包括集电器2，其中储能介质1设置在其任一侧上。
电极的一些实施例包括五个主要部件。这些部件包括铝集电器2、被提供用于促进储能介质1的粘附的聚合物底漆层(也称为“活性材料”)和三组分活性材料。活性材料可以包括例如活性碳(以增强电容)、碳黑(以提供高导电性并且降低等效串联电阻(ESR))和聚合物粘合剂(以将粉末保持在一起)。
在一些实施例中，碳纳米管(CNT)被用作替代材料以提供粘合和内聚基质。也就是说，底漆可由CNT粘附层(AL)代替，并且用于活性材料的聚合物粘合剂也可由CNT代替。CNT还可以减少或代替碳黑作为导电助剂。产生的电极(即，不包括聚合物或其它粘合材料的电极)是“无粘合剂”的。此类无粘合剂电极可以有利地在极端条件(例如，高压和/或高温)下操作，而不会由于粘合剂和周围材料(例如，电解质)之间的电化学反应而劣化。不希望被理论所束缚，在一些实施例中，应理解，无粘合剂电极中的碳之间的静电吸引(例如范德华键)提供足够的粘附和内聚，从而即使在苛刻的条件下也能维持电极的完整性。例如，在一些实施例中，即使当经受回流工艺(如本文所详述)时或当在65℃、85℃、100℃、125℃、150℃或更高的操作温度下经受至少2.0V、或至少2.1V或更高的操作电压时，无粘合剂电极也可以表现出很少或没有有害的分层。
在无粘合剂电极的一些实施例中，活性介质包括由碳纳米管(CNT)基质结合在一起的活性碳(或其它类型的碳质材料)，并且活性层是没有任何其它填料的碳纳米管(CNT)基质。有利地，(例如，为了降低制造成本)，在一些实施例中，活性层中CNT的重量浓度可以相对低，例如，取决于电极的期望性能特性，低于50％、40％、30％、20％、10％、7.5％、5.0％、2.5％或更低。
在一些实施例中，通过使用超声波处理和足够的能量将活性碳粉末和/或包含碳纳米管(CNT)的粉末分散在异丙醇中，以使碳纳米管(CNT)彼此解束，从而获得基质。成功的分散可以通过材料分隔和外观来表征。例如，碳纳米管(CNT)材料是否与溶剂分隔，以及干燥时是否出现平滑的薄膜。
活性介质和活性层的内聚强度和粘合强度相应地受到碳纳米管(CNT)在它们的浆料中的分散质量(以及碳纳米管(CNT)的特性、干燥时间、层厚度、衬底材料、衬底结构等)的影响。碳纳米管(CNT)的分散受溶剂选择(和碳纳米管(CNT)特性；浓度；材料纯度；表面活性剂的使用；批量大小；分散设置，例如声波仪振幅、占空比、温度、探头深度、搅拌质量；等等)的影响。
通过向集电器2添加碳纳米管(CNT)的粘附层(AL)，可以改善活性介质对集电器2的粘附。这可以通过在不锈钢(SS)板上浇铸并且干燥一层活性介质，使用辊对辊机器将具有竖直排列的碳纳米管的不同板压靠涂覆有碳化铝的集电器2以转移碳纳米管(CNT)，然后将具有活性介质的板压靠集电器2/碳纳米管(CNT)层以形成电极来实现。
在一些实施例中，通过将碳纳米管(CNT)浆料的薄层直接浇铸到集电器2上，使薄层干燥，然后将活性介质浆料浇铸在顶部上，来完成电极的生产。
可以采用几种技术将所有活性介质层放置在电极上。在一个实施例中，其涉及在不锈钢(SS)板上压延、浇铸和干燥一层活性介质，然后将具有竖直排列的碳纳米管(VACNT)的不同板压靠在碳化铝涂覆的集电器2上以转移竖直排列的碳纳米管(VACNT)，然后将具有活性介质的板压靠在具有竖直排列的碳纳米管(VACNT)层的碳化铝涂覆的集电器2上以形成电极。在另一个实施例中，将碳纳米管(CNT)的薄层作为浆料直接浇铸到集电器2上，干燥，然后将活性介质作为浆料浇铸在碳纳米管(CNT)的薄层的顶部上。
活性碳的选择包括电容对寿命的评估。也就是说，已经发现在最高电容材料和最长寿命材料之间经常存在折衷。通常，发现应根据经验确定活性碳的质量。发现关于活性材料碳纳米管(CNT)粉末的选择：更长的碳纳米管(CNT)导致更强的基质；所述碳纳米管(CNT)中的下壁数在密度效率方面更好；碳纳米管(CNT)的高纯度避免了反应性内容物；孔可以氧化以暴露碳纳米管(CNT)的内表面，但是可能导致杂质的添加。关于粘附层粉末的选择，发现：对于长度，内聚与粘附的关系应被评估为太长的碳纳米管(CNT)将会自粘附得太好并且剥离集电器2；并且CNT的较薄的层减轻了剥离集电器2的风险。关于压延技术：碳纳米管(CNT)基质可在压力下“活化”，在CNT粘合在一起后粉化程度变小，更高的压力得到更好的密度，但是回报减少；在一些情况下，以低压开始压延工艺并且以添加的道次工作似乎有助于粘附所述层。应小心避免过度工作，因为这会导致分层。更多的压延道次可以稍微增加密度，但是集电器2过度工作或皱起的风险将增加。
粘附层可以包括碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维、金属纳米线和陶瓷纳米纤维。对于活性材料内聚，可以使用碳纳米管(CNT)，以及碳纳米纤维、金属纳米线和/或陶瓷纳米纤维。对于活性材料能量存储：可以使用活性碳；和/或炭黑；另外的碳纳米管(CNT)；烟灰；喷射碳黑；七叶树球；富勒烯；石墨；石墨烯；纳米角；纳米葱以及其它形式的碳。所使用的碳纳米管(CNT)可以是认为适当的单壁的、双壁的、多壁的、具有任何长度、直径、纯度、结晶度或其它方面。
在各种实施例中，电极的尺寸范围在约20μm至约350μm之间。在各种实施例中，集电器的厚度在约10μm至约50μm之间的范围内。在各种实施例中，粘附层的厚度在约2μm至约10μm或更高之间。设置在粘附层上的活性材料的厚度可在约5μm至约150μm或更高之间。在一些实施例中，在粘附层中使用的碳纳米管(CNT)的直径在1nm至约200nm之间，长度在约1μm至约1000μm之间，并且具有在约1至100之间的壁数。在一些实施例中，活性材料中使用的碳纳米管(CNT)的直径在1nm至约200nm之间，长度在约1μm至约1000μm之间，并且具有在约1至100之间的壁数。在一些实施例中，活性材料包括大致球形的颗粒，表现出在约2μm至约30μm之间的直径。
在一些实施方式中，在干燥之后施加储能介质的压缩。通常，这有助于将碳纳米管(CNT)锁定在适当的位置。可以使用辊压机、液压机或其它类型的压机。应小心避免集电器的损坏。
在各种实施例中，电极层可以使用在2018年6月7日公开的国际专利公开第WO/2018/102652号中描述的技术中的任一种形成，其全部内容通过引用并入本文。
为了提供从一组正电极和从负电极的电流收集，生产多个左手侧(图4B)和右手侧(图4C)的双面电极600。通常，左手侧或右手侧双面电极600中的每个都包括设置在其任一侧的储能介质1，并且包括基本上没有储能介质1的导电引片602。
可以使用合适的压机从材料薄片冲压出电极。从材料薄片冲压而成的电极表现出用于存储单元105的适当尺寸。一旦切割了尺寸电极，就可以制备它们。尺寸电极的制备可以包括，例如：压延每个电极以确保储能介质1的保持；边缘的修整；以及热处理以促进任何杂质的迁移和还原。在制备之后，可以将电极转移到合适的环境中以制备组件。
一旦制造并且合格可用，双面电极600就被包括在堆叠体组件中。为了进行堆叠体的组装，提供适当的分隔体5。分隔体5可由分隔体材料制成。
在一些实施例中，分隔体5从分隔体材料的供应源切割，在一个实施例中，分隔体材料供应源是聚四氟乙烯(PTFE)的供应源。PTFE是四氟乙烯的合成含氟聚合物(通常称为铁氟龙(TEFLON)，可从特拉华州的科幕公司(Chemours)获得)。PTFE是碳氟化合物固体，因为它是完全由碳和氟构成的高分子量化合物。在示例性实施例中，分隔体5为25μm厚。在图5中示出了具有单个分隔体5的活性堆叠体组件的示例。
图5描绘了储能介质1的“z形折叠”布置的概念方面。在z形折叠实施例中，分隔体5的层由以z形折叠方式折叠的单片分隔体材料形成。z形折叠分隔体5包括相对的正电极4和负电极3以及折叠在其中的相关联集电器2。通常，如本文所提到的，多层电极、集电器和分隔体的组件被称为“堆叠体201”，也可以被称为“活性堆叠体”和其它类似的术语。
为了制造z形折叠堆叠体201，并且一旦分隔体5被切割，双面电极600中的第一个就被设置在分隔体5的端部上。然后将分隔体5折叠，并且将相对的双面电极600设置在分隔体5上。所述过程继续，直到提供完整的堆叠体201。在一个实施例中，完整的堆叠体201包括十五个双面电极600。在本示例中，完整的堆叠体201将在负极侧上具有八(8)层电极，并且在正极侧上具有七(7)层电极。在本实施例中，每个双面电极600具有约6mm×8mm的储能材料1的面积。集电器2的用作集成引片的暴露部分具有约1.5mm×8mm的尺寸。
通常，堆叠体201被配置为提供期望水平的电性能。堆叠体201不需要也没有必要以z形折叠布置提供。在一些实施例中，堆叠体201的每层都由单独的分隔体5间隔开。在一些实施例中，堆叠体201的每层都可以容纳在分隔体材料的封套内(即，被其包围)。
类似地，整个存储单元105可以设置在分隔体材料或其它合适的保护性阻挡件(例如电绝缘热塑性塑料或其它合适的材料)的封套中。在一些实施例中，所述封套可以容纳润湿堆叠体201的电解质，从而防止电解质与阻挡件外部的元件接触。在一些此类实施例中，导电引片602可以延伸穿过封套，以提供堆叠体201和引线(123、124)之间的电连通。替代地，在一些实施例中，引线(123、124)可以延伸穿过封套以连接到引片602。通常，封套可以围绕此类电连接件密封(例如，热密封)，以防止电解质从封套泄漏出去。
在各种实施例中，存储单元105可以使用2015年11月26日公开的国际专利公开第WO2015102716A8号或3016年6月30日公开的国际专利公开第WO2016057983A3号中描述的技术中的任一种来配置，上述公开的各自的全部内容都通过引用并入本文。
在一些实施例中，通过从电极材料薄片切割(例如，使用刀片或切割激光器)或冲压出电极层来配置堆叠体201。电极材料可以包括适合用作集电器2的材料薄片，其中储能材料1设置在任一侧上。堆叠体201内的交替层构成负电极和正电极。分隔体材料在每层之间交错，并且缠绕在最终组件周围，以形成完整的堆叠体201。
因为堆叠体201容纳多层电极，所以存在多个导电引片602。多个导电引片602延伸超过储能介质1并且提供电接触。在堆叠体201中，导电引片602根据极性分组并且形成为单个负极引线123和单个正极引线124。共同地，堆叠体201与负极引线123和正极引线124的组装件提供存储单元105。在图6中提供组装形式的存储单元105的图示。
在一些实施例中，在组装存储单元105之前，通过预弯曲导电引线来执行将导电引片602分组为单个负极引线123和单个正极引线124中的相应一个。当存储单元105设置在主体101内时，所述一组导电引片602被焊接到相应的焊盘110(图7)由此形成整体引线(123、124)。焊接可以通过例如超声波焊接或激光焊接来完成。
图7描绘了主体101的各方面。芯片帽100的主体101可由诸如各种形式的陶瓷材料的电介质材料制成。主体101内包括电焊盘110，所述电焊盘110一旦设置在其中就用于传导来自存储单元105的电流。电焊盘110还可以将电流传导到存储单元105，以便对芯片帽100进行再充电。
在图7的图示中，主体101通常包括底部111和围绕底部111的周边延伸的四个壁112。因此，主体101提供可以将存储单元105设置在其中的容器。在图8中示出了主体101的本示例的下侧。
如图8中示出的，主体101的底部111的下侧包括由电介质材料120间隔开的电接触件121。接触件121中的至少一些与电焊盘110电连通，并且使得能够将能量从芯片帽存储单元105传达到可在其上安装芯片帽100的电路板。通常，能量经由容纳在主体101内并且被电介质材料121包围的电导体或通孔(未示出)从电焊盘110传达到接触件121。例如，在一些实施例中，主体可以容纳一个或多个导电板(例如，嵌入在主体101的底部110内)，从而在电焊盘110和接触件121之间建立电连通。这些板可由例如钨或其它合适的导电材料制成。
因此，对于双面电极600中的每个，形成从集电器2、经由导电引片602、经由相应的引线(123、124)到相应的电焊盘110、然后从电焊盘110经由主体101内的导电通孔到主体101的底部表面上的一个或多个接触件121的导电路径。
内部电焊盘110暴露于主体101内的体积103(在本文中也称为“空腔”)。盖102可以包括相容的材料，诸如陶瓷或金属材料。在芯片帽100的组装期间，盖102通过被密封到密封环114而被气密地密封到主体101。产生的气密密封通过防止环境侵入芯片帽100以及电解质从芯片帽100泄漏而表现出环境完整性。气密密封包括使芯片帽100基本上气密的任何类型的密封(不包括电解质、空气、氧气或其它气态形式的材料的通过)，以确保在预期的服务间隔内的足够的性能。
适合用作主体101的装置的示例包括可从日本名古屋的NKT科技公司(NTKTechnologies)商购获得的表面安装装置(SMD)产品线中的那些装置。其它示例可从德国兰德舒特的肖特基团(Schott AG)和田纳西州查塔努加的艾文斯陶瓷公司(Adtech CeramicsCompany)获得。
在一些实施例中，主体101是高温共烧陶瓷装置。通常，共烧陶瓷装置是整体式陶瓷微电子装置，其中整个陶瓷支撑结构和任何导电、电阻性和电介质材料同时在窑中烧制。
典型地，共烧陶瓷装置是通过独立处理多个层并且将其组装成装置作为最终步骤来制造的。共烧可分为低温(LTCC)和高温(HTCC)应用：低温装置的制造烧结温度低于1,000摄氏度(1,830华氏度)，而高温约为1,600摄氏度(2,910华氏度)。与LTCC相比，HTCC具有更高的电阻导电层。
HTCC封装通常包括具有钨(W)和钼(MoMn)金属化的多层氧化铝(Al2O3)。HTCC的优点包括机械刚性和密封性，所述机械刚性和密封性两者在高可靠性和环境应激的应用中是重要的。HTCC技术的另一个优点是散热能力。
典型的陶瓷封装使用氧化铝陶瓷(Al2O3)，其中存在不同的纯度和组成以支持不同的应用。典型的陶瓷封装可由90-94％的氧化铝组成，剩余部分由碱土硅酸盐或其它粘结材料组成，诸如氧化镁(MgO)或二氧化硅(SiO2)，用于控制粒度并且将氧化铝粘结在一起。
主体101可以作为具有金属化层的多层陶瓷封装提供，所述金属化层将电力从存储单元105运送到外部接触件121。在高温共烧陶瓷(HTCC)的情况下，所述金属化层可由钨(W)或钼锰合金(MoMn)制成，或者在低温共烧陶瓷(LTCC)的情况下，由金(Au)或铜(Cu)制成。
典型地，在金属化层上执行镀层工艺以保护金属化层免受氧化。如果采用金属化工艺(诸如LTCC中使用的金(Au)金属化工艺)，则不需要另外的镀层。通常，镀覆层包括作为基底的镍(Ni)，随后是用于氧化保护的金(Au)的薄(约0.3μm)层。替代的镀层金属包括钛(Ti)和钯(Pd)。镀层金属的选定组合可以是关于形成强的且可靠的线键合(wire bonds)。
值得注意的是，当存储单元105放置在主体101内时(图9)，堆叠体201的元件(即，集电器2和储能介质1)可以通过一层分隔体材料与主体101(和/或盖102)间隔开。本实施例称为“隔离堆叠体”，导致对由于存储单元105的短路导致的潜在故障的实质保护。在一些实施例中，通过在电绝缘封套(诸如由分隔体材料制成的封套)中提供存储单元105来实现隔离堆叠体。一旦存储单元105已经被制造，其就可以被搁置以用于随后安装到主体101中。
可以根据期望的规格(诸如尺寸、电设计、环境质量等)来制造主体101。可以添加至少一个袋状物或井，以将密封剂限制到电焊盘110周围的区域。
如图10中示出的，在一些实施例中，电焊盘110设置在相应的井205内。每个井205表示底部111的顶部表面内的凹陷。通常，由每个井205提供的空间可以用于折叠相应的引线(123、124)的一部分，从而最大化可以用于堆叠体201的体积。注意，术语“井”可以与其它术语，诸如“凹入部分”、“凹陷”、“袋状物”和其它类似术语可互换地使用。
每个电焊盘110可以是均质材料。例如，电焊盘110可以是钨(W)、铝(Al)、金(Au)或另一种导电材料中的一种。在一些实施例中，电焊盘110镀有可选的镀层材料。镀覆层或简称为镀层131可以包括例如金(Au)、镍(Ni)或铜(Cu)。在一些进一步的实施例中，电焊盘110是分层的。例如，电焊盘110可以容纳具有镍(Ni)覆盖层的钨(W)的内在层。镍(Ni)的覆盖层又具有金(Au)镀层131。
通常，在电焊盘110和任何镀层131中使用的材料被选择为与选定的电解质126的导电性和低电抗的平衡。通过合适的主体101的制备和引线(123、124)的接合来进一步实现电解质的限制相互作用。至少一种密封剂可以用作制备和接合的一部分。
特别是在电压电势下时，金(Au)、镍(Ni)和钨(W)在常见电解质的存在下可能经历腐蚀。在镀层或金属化层处产生的腐蚀将致使电解质和焊接接头的过早劣化，降低芯片帽100的性能。因此，非反应性密封剂可以用于防止镀层/金属化层与电解质之间的接触。如本文所讨论的，术语“非反应性”通常是指表现出被认为提供相对性能改善的反应性水平的物质。
对于电焊盘110中的每个，导电引线210可以接合到电焊盘110。例如，接合可以通过焊接。焊接可以是激光焊接、超声波焊接或电阻焊接。在一些其它实施例中，导电环氧树脂可以用于将导电引片210与电焊盘110接合。在一些实施例中，导电引线210由铝(Al)形成。导电引线210的配置可以取决于例如相应电极的位置和主体101的配置而变化。
在一个实施例中，导电引线210是用于电极堆叠体201的引线(123、124)中的一个。在这些实施例中，可以是仅需要焊接来将电极堆叠体201接合到主体101。在另一个实施例中，导电引线210是最初与相应的引线(123、124)和电焊盘110分隔的中间材料。然后，在施加密封剂之后将导电引线210接合到相应的引线(123、124)。
一旦导电引片210已经接合到电焊盘110，密封剂就可以流到焊盘110周围的区域和导电引片210周围的区域上。然后密封剂被固化。固化方法可以涉及使用热、紫外线辐射、水/氧气、蒸发或通过其它技术来固化适当的密封剂材料。
在各种实施例中，可以使用其它密封剂技术。例如，在一些实施例中，密封剂的保形层可以沉积在封装的期望部分上。通常，保形层包括薄膜，所述薄膜“符合”主体101的轮廓，以解决任何缺陷并且限制其渗透性。保形层可以作为容易流动的高粘度组分提供。
通常，对于用于钝化内部电焊盘110的任何保形涂覆方法，小心保持保形涂层不覆盖外部特征件、密封环和其它适当的特征件。在一些实施例中，为保形涂层选定的材料不干扰接合过程(诸如焊接)。
在一个实施例中，保形涂层包括高温热塑性聚酰亚胺。高温热塑性聚酰亚胺可以被作为可以通过注射器分配的材料提供，表现出稍微高于水的粘度。产生的材料的绝缘层的厚度可在约3-20μm之间，表现出与陶瓷、铝、金、硅树脂和其它材料的强结合。在一些实施例中，高温热塑性聚酰亚胺可以包括银或其它金属薄片以使材料导电。在一个实施例中，高温热塑性聚酰亚胺在约零下40摄氏度下被存储，在环境温度下工作，并且在约150摄氏度下经受约10分钟的固化循环。固化循环将致使高温热塑性聚酰亚胺结晶，并且以气态形式释放出大部分多余的材料(NMP和H2O)。可以进行约两分钟且约250摄氏度的另外的加热循环，以移除多余的材料。所述方法导致具有高绝缘特性和非常低的热膨胀的保形涂层。
合适的材料的示例可以从纽约州布法罗市的先进工程材料(MATERION)公司获得，并且以BONDFLOW的商品名出售。BONDFLOW包括RM 1-甲基-2-吡咯烷酮(CAS 872-50-4)。
一旦堆叠体201被设置到主体101中并且电连接到电焊盘110，电解质126就被添加到主体101内的剩余体积103。
在一些实施例中，电解质126是离子液体、离子盐和溶剂的组合。通常，将离子液体和溶剂混合在一起以获得混合物。所述混合物可以是完全无溶剂的离子液体。在一些实施例中，电解质是约百分之二十的离子液体和百分之八十的溶剂(按体积计)。可以使用子范围内的混合物。
通常，离子盐可以作为离子存储的另外的来源添加到离子液体中，其中考虑到电极提供的表面积，提供不同的阳离子和阴离子大小以增加效率。离子盐可以以约0M至2M(摩尔，或摩尔盐/升溶液)的范围添加到混合物中。
随后，可以称量主体101和安装在其中的存储单元105，然后填充适当量的电解质。填充可以例如通过使用微量移液管而发生。一旦被填充，主体101/存储单元105的组合可以被放置到低压环境中(即，在真空下)。低压促使电解质126迁移到存储单元105中。随后，可以再次对组件进行称量，以确保电解质126的充足供应。如果组合的主体101、存储单元105和电解质组件在期望的参数内，则组件被发送用于盖102的焊接。然后可以将盖102焊接到主体101。可以使用例如接缝焊机在惰性环境中完成焊接。
在各种实施例中，小心避免容纳存储单元105的体积103内的不想要的杂质。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，卤素离子的总浓度保持低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm或更低。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，金属物种杂质保持低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm或更低。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，溴乙烷、氯乙烷、1-溴丁烷、1-氯丁烷、1-甲基咪唑、乙酸乙酯和二氯甲烷的杂质保持在低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm或更低。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，水分保持在低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm或更低。在一些实施例中，在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，卤素杂质保持在低于约1,000ppm、500ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm或更低。
在各种实施例中，电解质可以是2015年11月26日公开的国际专利公开WO2015102716A8和2016年12月22日公开的国际公开第WO2016204820A2号中描述的任何类型，其各自全部内容通过引用并入本文。例如，在一些实施例中，电解质可以包括前述参考文献中所描述的类型的凝胶或固态电解质。
图11提供图9的组件的俯视图。在图11中，存储单元105和主体101被假想轴线-A平分。图12是存储单元105和主体101沿假想轴线-A的剖视描绘。
如图12中示出的，存储单元105包括多层。多个导电引片602从多层伸出。在所述横截面中，多个导电引片602聚集在一起以共同地提供负极引线123。在组装期间，负极引线123形成为适当的形状，并且接合到电焊盘110中的相应的一个，对于正极引线124(未在所述横截面视图中示出)发生相同的过程。随后，主体101填充有适合于芯片帽100的电解质126的实施例。电解质126润湿引线(123、124)和存储单元105的内容物。
在一些实施例中，储能单元105可以是对称的EDLC，其中在电容器的正电极和负电极上提供相等质量的活性材料。然而，如果电解质中的阴离子和阳离子的大小不同，则具有相等的电极质量可以防止EDLC具有最大可能的比电容，因为电极和电解质可能没有被完全利用。在一些实施例中，所述问题可以通过根据离子的大小调整电极质量(例如，增加EDLC比电容)来通过质量平衡来解决。在一些实施例中，堆叠体201可以包括不相等数量的正电极层和负电极层，以提供改善的质量平衡。
所得的芯片帽100对于典型地损坏竞争性装置的制造过程是稳健的。此类制造过程的一个示例是“回流”。在回流工艺中，部件被加热到足以致使焊料流动的温度。通常，电子部件的高效批量生产需要使用回流工艺。此外，紧凑设计经常利用表面安装装置来限制部件利用的空间，并且同样依赖于回流处理。
在一个实施例中，芯片帽100根据推荐的焊料回流样式安装在印刷电路板上。在图13中提供时间对温度的图形描绘。在图13的示例中，温度以每秒三(3)摄氏度增加到预热阶段(称为“浸泡”)。在预热阶段，芯片帽100在约150摄氏度至约160摄氏度之间的温度下维持约100秒。然后，温度以每秒三(3)摄氏度的速度增加到回流温度(称为“回流”)。回流温度可能达到约260摄氏度。通常，200摄氏度以上的时间应小于约60秒，之后安装的芯片帽100以约6摄氏度或更低的速率冷却。
在一些实施例中，响应于一个、两个、三个、四个或更多个回流循环过程，芯片帽100可以表现出小于10％、5％、2.5％或更低的电容劣化。在一些实施例中，响应于一个、两个、三个、四个或更多个回流循环过程，芯片帽100可以表现出小于10％、5％、2.5％或更低的ESR增加。在一些实施例中，回流工艺甚至可以有利地增加电容和/或降低芯片帽的ESR，基本上作为装置的调适过程操作。
对芯片帽100的评估已经展示了优越的性能。为了给评估提供一些背景，引入了一些术语。
电路理论涉及理想的电阻器、电容器和电感器，假设各自仅为电路贡献电阻、电容或电感。然而，所有部件具有这些参数中的每一个的非零值。特别地，所有物理装置都是由具有有限电阻的材料构成的，因此物理部件除了它们的其它特性之外还具有一些电阻。ESR的物理来源取决于所讨论的装置。
在非电解电容器和具有固体电解质的电解电容器中，引线和电极的金属电阻以及电介质中的损耗会致使ESR。陶瓷电容器的ESR的典型地引用值在0.01与0.1欧姆之间。随着时间的推移，非电解电容器的ESR趋于相当稳定；对于大多数目的，可以将真正的非电解电容器视为理想的部件。
具有非固体电解质的铝和钽电解电容器具有高得多的ESR值，高达几欧姆。现有技术的具有较高电容的电解电容器具有较低的ESR。ESR随频率降低，直至电容器的自谐振频率。一个严重的问题，特别是对于铝电解而言，是ESR随着使用时间的推移而增加。ESR可以增加到足以致使电路故障甚至部件损坏，尽管测量的电容可以保持在容差内。尽管这种情况会随着正常老化而发生，但高温和大纹波电流会加剧所述问题。在具有显著纹波电流的电路中，ESR的增加将增加热耗散，从而加速老化。
额定用于高温操作且质量高于基本消费级零件的电解电容器不太容易经受由于ESR增加而变得过早无法使用。廉价的电解电容器在85℃下的额定寿命可能少于1000小时。较高等级的零件在最高额定温度下的额定寿命典型地为几千小时。如果ESR至关重要，则具有更高额定温度、“低ESR”或比其它方式需要更大电容的零件规格可能是有利的。
本文的这种类型的芯片帽在具有挑战性的条件下展示出了优异的性能。在一些实施例中，芯片帽可以具有至少2.0V、2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、3.0V或更高的操作电压。在一些实施例中，芯片帽可以具有至少300mF、400mF、450mF、500mF或更高的电容。在一些实施例中，芯片帽可以具有至少4.0J/cc、4.5J/cc、5.0J/cc、5.1J/cc或更高的能量密度。在一些实施例中，芯片帽可以具有至少15W/cc、至少20W/cc、至少22W/cc或更高的峰值功率密度。在一些实施例中，设备可以具有500mΩ或更低的等效串联电阻、400mΩ或更低的等效串联电阻、300mΩ或更低的等效串联电阻。在一些实施例中，设备可以具有至少65℃、75℃、85℃、100℃、125℃、150℃或更高的操作温度额定值。通常，前述性能参数可以使用容纳单个储能单元的芯片帽来实现。可以通过使用多个芯片帽和/或结合多个储能单元的芯片帽来实现扩展的性能(例如，更高电压的操作)。
在滥用测试中，本文所描述的类型的芯片帽在至少2.0V或2.1V或更高(例如，2.5V、3.0V或更高)的操作电压且至少65℃、85℃、100℃或更高的操作温度下，可以展示出至少1,000、至少1,500或至少2,000小时或更长的操作寿命，同时表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。在一些实施例中，操作寿命可以在使用回流工艺将设备焊接到印刷电路板上之后开始，所述回流工艺具有至少30秒、60秒、120秒、180秒、240秒、360秒或更多的至少一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个温度循环，峰值温度为至少100℃、200℃、300℃或更高。有利地，预期前述滥用测试性能水平对应于在非滥用条件下远大于2,000小时的操作寿命。例如，在一些典型的应用中(例如，在企业计算环境中为固态驱动器提供保持电力)，芯片帽可以甚至在需要数千、数万、数十万甚至数百万次充电和放电循环的条件下，具有5,000小时、7,500小时、10,000小时、12,500小时或更长的操作寿命。
图14至图16描绘了芯片帽100的实施例的性能的各方面。图14描绘了在85℃下运行的样品芯片帽的ESR性能数据。如图中示出的，在温度下3800小时，芯片帽性能的ESR劣化为98％。图15提供比较数据，这示出了现有技术装置的显著更大的ESR劣化。在图16中提供芯片帽的另外的性能数据。在图16中，在3800小时的测试后，在85℃下的电容劣化数据仅为初始单元性能的72％。
图17A至图17B描绘了芯片帽100的实施例的性能的各方面。图17A描绘了在2.1V的电压下在85℃下运行的样品芯片帽的ESR性能数据。如图中示出的，在温度和电压下2,500小时，芯片帽性能的ESR劣化小于40％。在图17B中提供用于芯片帽的另外的性能数据。在图17B中，在2500小时的测试后，在2.1V的电压下在85℃下的电容劣化数据小于初始单元性能的14％。注意，在成功地使芯片帽经受焊料回流工艺之后进行测试。
图18A至图18B描绘了芯片帽100的实施例的性能的各方面。图18A描绘了在2.1V的电压下在100℃下运行的样品芯片帽的ESR性能数据。如图中示出的，在温度和电压下1,500小时，芯片帽性能的ESR劣化小于65％。在图18B中提供芯片帽的另外的性能数据。在图18B中，在1500小时的测试后，在2.1V的电压下在100℃下的电容劣化数据小于初始单元性能的14％。注意，在成功地使芯片帽经受焊料回流工艺之后进行测试。
参考图19，示出了可以利用芯片帽100的计算装置500的示例。计算装置500可以是个人计算机(PC)501、膝上型计算机502、平板电脑503、移动装置(诸如智能电话)和服务器505中的任一者。可以包括其它类型的计算装置。示例包括用于汽车系统以及工业系统、住宅系统(诸如电器、家用电子器件等)的控制器。简而言之，利用芯片帽100的计算装置可以包括几乎任何期望板级功率的电子装置(例如，企业计算中利用的固态驱动器)。在一些实施例中，例如，在芯片具有100℃、125℃、150℃或更高的操作温度额定值的情况下，芯片帽可以用于石油和天然气勘探和生产领域中已知的极端井下条件。
在示出的图示中，芯片帽100用于向计算机存储器501供电。存储器510可以是任何类型的存储器。未示出适合于转换来自芯片帽100的功率的功率转换器和控制器，因为此类装置在本领域中是已知的。
参考图20，示出了用于组装本文公开的类型的芯片帽的工艺流程。在步骤2001中，提供电极辊。电极辊可以是在金属箔集电器的相对面上具有碳质储能介质的双面电极辊。在步骤2002中，一部分碳质储能介质被移除(例如，经由刮擦)以暴露集电器的条带。在步骤2003中，右手侧电极层和左手侧电极层从辊上冲压或切割下来，其中导电引片从辊的暴露部分形成。在步骤2004中，将冲压的电极层与分隔体组装在一起以形成本文详细描述的类型的堆叠体。在步骤2005中，任何多余的分隔体被切割，并且堆叠体被固定，使得导电引片从堆叠体延伸。在步骤2006中，电极堆叠体被真空干燥以移除水分。在步骤2007中，堆叠体被转移到相应封装的开口主体中。在步骤2008中，如本文详细描述的，电连接件由堆叠体制成以与封装中的焊盘接触。在步骤2009中，将堆叠体定位在封装中。在步骤2010中，分配电解质以润湿堆叠体的电极层。在步骤2011中，将盖放置在封装上。在步骤2012中，将盖焊接到封装以形成气密密封。在步骤2013中，完成的芯片帽经受视觉检查和电测试。在步骤2014中，例如通过以适合于本领域中熟悉的拾取和放置安装技术的格式来缠绕和卷绕封装来封装芯片帽。
通常，本文使用的术语“存储器”是指存储信息以便在计算机中立即使用的计算机硬件集成电路，并且与术语“主存储装置”同义。计算机存储器(例如随机存取存储器(RAM))以高速操作，这与提供访问速度慢但容量更大的存储装置不同。
术语“存储器”、“主存储装置”、“主存储器”、“系统存储器”和其它类似术语经常与可寻址半导体存储器相关联，即包括硅基晶体管的集成电路，例如用作主存储装置，但也用于计算机和其它数字电子装置中的其它目的。存在两种主要类型的半导体存储器：易失性和非易失性。非易失性存储器的示例是快闪存储器(用作辅助存储器)和ROM、PROM、EPROM和EEPROM存储器(用于存储诸如BIOS的固件)。易失性存储器的示例是主存储装置，其典型地是动态随机存取存储器(DRAM)，以及快速CPU高速缓冲存储器，其典型地是静态随机存取存储器(SRAM)，其速度快但消耗能量，提供比DRAM更低的存储器面密度。
易失性存储器是需要电力来维持所存储的信息的计算机存储器。大多数现代的半导体易失性存储器是静态RAM(SRAM)或动态RAM(DRAM)。只要电力接通，SRAM就会保留其内容。动态RAM对于接口和控制更复杂，需要定期刷新循环以防止丢失其内容。
非易失性存储器是即使在不通电时也能保留存储的信息的计算机存储器。非易失性存储器的示例包括只读存储器(参见ROM)、快闪存储器、大多数类型的磁性计算机存储装置(例如，硬盘驱动器、软盘和磁带)、光盘以及早期的计算机存储方法，诸如纸带和冲压卡。即将到来的非易失性存储器技术包括FeRAM、CBRAM、PRAM、STT-RAM、SONOS、RRAM、赛道存储器、NRAM、3D XPoint和千足虫存储器。
第三类存储器是“半易失性的”。术语“半易失性”通常描述在电力被移除之后具有一些有限的非易失性持续时间但随后数据最终会丢失的存储器。使用半易失性存储器时的典型目标是提供与易失性存储器相关联的高性能/耐用性等，同时提供真正的非易失性存储器的一些益处。
固态驱动器(SSD)是固态存储装置，其使用集成电路组件作为存储器来持久地存储数据。SSD没有移动的机械部件。这将它们与常规的机电驱动器(诸如硬盘驱动器(HDD)或软盘)区分开，所述常规的机电驱动器容纳旋转磁盘和可移动读/写头。与机电驱动器相比，SSD典型地更能抵抗物理冲击，静默地运行，具有更快的访问时间和更低的延迟。
截至2017年，大多数SSD使用基于NAND的快闪存储器，所述基于NAND的快闪存储器是当电力丢失时保留数据的一种类型的非易失性存储器。对于需要快速访问但在电力丢失后不必需要的数据持久性的应用程序，可以从随机存取存储器(RAM)配置SSD。此类装置可以采用电池作为集成电源，以便在失去外部电源后将数据保留一定量的时间。
然而，所有SSD仍将数据存储在电荷中，如果在没有电力的情况下，电荷会随着时间的推移缓慢泄漏。这使得磨损的驱动器(其超过了它们的耐力额定值)典型地在存储一段时间之后开始丢失数据。因此，目前的SSD不适合于归档目的。
因此，通过添加改善的电源，SSD的性能可以得到显著改善。多数SSD使用电容器为DRAM模块提供备用电力，以将易失性存储器写入到非易失性存储器。遗憾的是，可用的电容器很大并且表现出低性能。
简而言之，SSD环境对所有电容性储能装置(不仅是超级电容器技术)提出了独特的挑战。电容性存储用作板载电能备份，以将存储在易失性存储器(SRAM/DRAM)中的数据转移到非易失性存储器(NAND、FLASH)中。所述操作对于确保在电源故障的情况下没有数据丢失是至关重要的。随着计算存储对于几乎所有的业务部门变得越来越重要，对于超可靠的存储器备份解决方案的需要成为当务之急。
已经如此介绍了用于为电路供电的储能装置的实施例，现在呈现一些另外的方面。
可以包括和调用各种其它部件来提供本文的教导的各方面。例如，可以使用另外的材料、材料的组合和/或材料的省略来提供在本文的教导的范围内的添加的实施例。
可以实现对本文的教导的多种修改。通常，可以根据用户、设计者、制造商或其它类似的相关方的需要来设计修改。所述修改可能旨在满足所述方认为重要的特定性能标准。
所附权利要求或权利要求要素不应被解释为援引35U.S.C.§112(f)，除非在特定权利要求中明确使用“用于……的手段”或“针对……的步骤”。
当介绍本发明的元件或其(一个或多个)实施例时，冠词“一”、“一个”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。类似地，形容词“另一个”，当用于介绍一个要素时，旨在表示一个或多个要素。术语“包括”和“具有”旨在是包含性的，使得可以存在除了所列出的要素之外的另外的要素。如本文所使用的，术语“示例性的”并不旨在暗示最高级的示例。更确切地说，“示例性”是指作为多个可能的实施例中的一个的实施例。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以用等效物替代其要素。另外，本领域技术人员将理解多种修改，以便在不脱离本发明的基本范围的情况下，使特定的仪器、情况或材料适应本发明的教导。因此，本发的意图不限于作为用于实施本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (65)

1.一种适合于使用焊料回流工艺安装在印刷电路板上的储能设备，所述设备包括：
密封的壳主体，其包括正极内部接触件和负极内部接触件，所述正极内部接触件和所述负极内部接触件各自设置在所述主体内，并且各自相应地与正极外部接触件和负极外部接触件电连通，所述外部接触件中的每个都提供与所述主体外部的电连通；
双电层电容器(EDLC)储能单元，其设置在所述主体中的空腔内，包括交替的电极层和电绝缘分隔体层的堆叠体；
电解质，其设置在所述空腔内并且润湿所述电极层；
正极引线，其将第一组一个或多个所述电极层电连接到所述正极内部接触件；以及
负极引线，其将第二组一个或多个所述电极层电连接到所述负极内部接触件。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电极层中的每个都包括基本上不含粘合剂并且基本上由碳质材料构成的储能介质。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述储能介质包括限定空隙空间的碳纳米管网络；和碳质材料，其位于所述空隙空间中并且由所述碳纳米管网络界定。
4.根据权利要求3所述的设备，其中至少一个电极层包括双面电极层，所述双面电极层具有设置在导电集电器层的相对表面上的储能介质。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述储能单元的与主体物理接触的表面由电绝缘材料构成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电极层中的每个都包括导电引片，所述导电引片附接到所述正极引线和所述负极引线中的一个。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其包括防腐蚀特征件，所述防腐蚀特征件位于所述内部接触件中的一个附近，并且被配置为在所述设备的操作期间限制所述内部接触件和所述电解质之间的电化学反应。
8.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述内部接触件包括与所述电解质具有相对高的电化学活性的第一材料；
所述防腐蚀特征件包括与所述电解质具有比所述第一材料相对低的电化学活性的第二材料的保护层，所述保护层设置为防止所述第一材料与所述电解质之间的接触。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述保护层包括一层密封剂。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述保护层包括设置在所述第一材料的表面上的金属层。
11.根据权利要求8所述的设备，其中所述保护层包括设置在所述第一材料的表面上的金属层和设置在所述金属层上的密封剂层。
12.根据权利要求11所述的设备，其中在所述金属层中包括金属垫片，所述金属垫片覆盖所述内部接触件的至少一部分并且由所述密封剂层固定。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的设备，其中所述主体的内表面包括凹入部分，所述凹入部分被配置为接收所述防腐蚀特征件的至少一部分。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的设备，其中所述正极或负极引线的一部分延伸穿过所述防腐蚀特征件以连接到所述内部接触件中的一个。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的设备，其中所述防腐蚀特征件包括铝金属层。
16.根据权利要求7至15中任一项所述的设备，其中所述防腐蚀特征件包括环氧密封剂。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，进一步包括封闭所述储能单元和所述电解质的电绝缘封套阻挡件，所述电绝缘封套阻挡件被配置为防止所述电解质和所述储能单元与所述空腔的表面接触。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述引线从所述储能单元延伸穿过所述阻挡件到达所述内部接触件。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述阻挡件被热密封至所述引线，以防止所述电解质从所述阻挡件封套内泄漏。
20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述主体是芯片，所述芯片被配置为表面安装在印刷电路板上，其中当如此安装时，所述芯片在所述印刷电路板的所述主表面上方延伸不超过约5.0mm。
21.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述主体是芯片，所述芯片被配置为表面安装在印刷电路板上，其中当如此安装时，所述芯片在所述印刷电路板的所述主表面上方延伸不超过约4.0mm。
22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述主体是芯片，所述芯片被配置为表面安装在印刷电路板上，其中当如此安装时，所述芯片在所述印刷电路板的所述主表面上方延伸不超过约3.0mm。
23.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少2.0V的操作电压。
24.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少2.1V的操作电压。
25.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少2.5V的操作电压。
26.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少3.0V的操作电压。
27.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少300mF的电容。
28.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少400mF的电容。
29.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少4.0J/cc的能量密度。
30.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少15W/cc的峰值功率密度。
31.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少20W/cc的峰值功率密度。
32.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有至少22W/cc的峰值功率密度。
33.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有500mΩ或更低的等效串联电阻。
34.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有400mΩ或更低的等效串联电阻。
35.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有300mΩ或更低的等效串联电阻。
36.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其在至少2.0V的操作电压和至少65℃的操作温度下具有至少2,000小时的操作寿命，同时表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。
37.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其在至少2.0V的操作电压和至少85℃的操作温度下具有至少2,000小时的操作寿命，同时表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。
38.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其在至少2.0V的操作电压和至少100℃的操作温度下具有至少2,000小时的操作寿命，同时表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。
39.根据权利要求36至38中任一项所述的设备，其中所述操作寿命在所述设备已经使用回流工艺焊接到印刷电路板上之后发生，所述回流工艺具有至少30秒的至少一个温度循环，其中峰值温度为至少200℃。
40.根据权利要求35所述的设备，其中所述操作寿命在所述设备已经使用回流工艺焊接到印刷电路板上之后发生，所述回流工艺具有至少四个温度循环，每个温度循环持续至少30秒，其中峰值温度为至少200℃。
41.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述储能单元向安装到所述电路板的至少一个另外的元件提供备用电力。
42.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电解质包括离子液体。
43.根据权利要求42所述的设备，其中所述电解质进一步包括盐。
44.根据权利要求42或43所述的设备，其中所述电解质进一步包括溶剂。
45.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述壳主体是气密密封的。
46.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，卤素离子的总浓度保持在约1,000ppm以下。
47.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，金属物种杂质保持在约1,000ppm以下。
48.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，溴乙烷、氯乙烷、1-溴丁烷、1-氯丁烷、1-甲基咪唑、乙酸乙酯和二氯甲烷的杂质保持在约1,000ppm以下。
49.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，水分保持在约100ppm以下。
50.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述壳主体的容纳所述储能单元的所述空腔内，卤素杂质保持在约200ppm以下。
51.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备包括容纳在所述密封的壳主体中的单个储能单元。
52.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其在2.1V的操作电压下具有至少65℃的操作温度。
53.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其在2.1V的操作电压下具有至少85℃的操作温度。
54.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其在2.1V的操作电压下具有至少100℃的操作温度。
55.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电解质包括阳离子，所述阳离子选自由以下组成的列表：1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓、1,3-双(3-氰丙基)咪唑鎓、1,3-二乙氧基咪唑鎓、1-丁基-1-甲基哌啶鎓、1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-4-甲基吡啶鎓、1-丁基吡啶鎓、1-癸基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓、3-甲基-1-丙基吡啶鎓和1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。
56.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电解质包括阴离子，所述阴离子选自由以下组成的列表：双(三氟甲磺酸盐)酰亚胺、三(三氟甲磺酸盐)甲化物、二氰酰胺、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、三氟甲磺酸盐、双(五氟乙磺酸盐)酰亚胺、硫氰酸盐、三氟(三氟甲基)硼酸盐、螺环-(1,1')-联吡咯烷鎓四氟硼酸盐、另一种潜在的盐是四氟硼酸四乙基铵及其组合以及认为适当的其它等效物。
57.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电解质包括溶剂，所述溶剂选自由以下组成的列表：乙腈、酰胺、苄腈、丁内酯、环醚、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、二乙醚、二甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、二甲基甲酰胺、二甲基砜、二恶烷、二氧戊环、甲酸乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯、内酯、线性醚、甲酸甲酯、丙酸甲酯、甲基四氢呋喃、腈、硝基苯、硝基甲烷、n-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、环丁砜、砜、四氢呋喃、四亚甲基砜、噻吩、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、碳酸酯、γ-丁内酯、腈、三氰基己烷、丁腈、碳酸乙烯酯和二氯甲烷。
58.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电解质包括凝胶。
59.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电解质包括固态电解质。
60.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述堆叠体容纳不相等数量的正电极层和负电极层，所述正电极层和所述负电极层被配置为基于所述电解质中阳离子和阴离子的相对大小来促进所述堆叠体的质量平衡。
61.一种使用焊料回流工艺制造适合于安装在印刷电路板上的储能设备的方法，所述方法包括：
形成包括交替的电极层和电绝缘分隔体层的堆叠体的双电层电容器(EDLC)储能单元；
将所述储能单元设置在壳主体内，所述主体包括设置在所述主体内的正极内部接触件和负极内部接触件；
用电解质至少部分地填充所述主体以润湿所述电极层；
将来自第一组一个或多个所述电极层的正极引线电连接到所述正极内部接触件；
将来自第二组一个或多个所述电极层的负极引线电连接到所述负极内部接触件；以及
密封所述壳主体，其中所述储能单元设置在其中。
62.根据权利要求61所述的方法，其中密封所述壳主体包括气密地密封所述壳主体。
63.一种向安装在印刷电路板上的装置提供能量的方法，所述方法包括：
使用焊料回流工艺将权利要求1至60中任一项所述的设备安装到所述印刷电路板；以及
在操作电压和操作温度下对所述设备重复地充电和放电，以向装置提供能量；
其中所述操作电压为至少2V且所述操作温度为至少65℃。
64.根据权利要求63所述的方法，其中所述操作温度为至少85℃。
65.根据权利要求63至64中任一项所述的方法，包括在操作电压和操作温度下对所述设备重复地充电和放电以向装置提供能量至少2,000小时，同时所述设备表现出小于30％的电容劣化和小于100％的等效串联电阻增加。
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