CN203596278U

CN203596278U - 双电层电容器

Info

Publication number: CN203596278U
Application number: CN201320408225.1U
Authority: CN
Inventors: 菲利普·布雷特·艾奇逊; 安德鲁·古查思维斯基; 约翰·志雄阮; 艾伦·佩里
Original assignee: Cap-Xx LLC
Current assignee: Cap-Xx LLC
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2023-07-10

Abstract

一种双电层电容器（1）包括：至少两个堆叠的电极（2）和电极（3），均具有相对的各自的活性表面（4）和活性表面（5）。电容器（1）还包括具有电解质离子（未示出）的电解质，电解质允许在电极（2）和电极（3）的每个处建立电双层。分隔件（8）设置在电极（2）和电极（3）中间，以将表面（4）和表面（5）分开和电分离，同时允许电解质离子在电双层之间移动。电容器（1）还包括封装件（10），其具有用于密封地容纳电极（2）和电极（3）、分隔件（8）和电解质的内部（11）。封装件（10）还具有外部（12），其具有在一个维度上大约20mm的厚度（13）和沿垂直于限定覆盖区（14）的一个维度的平面延伸的区域。

Description

双电层电容器

技术领域

本实用新型涉及双电层电容器。本实用新型的实施例已经尤其被开发用于对于汽车的应用。尽管这里将具体参照该应用对一些实施例进行描述，但是将理解的是，本发明不限于这样的应用领域，可用于更广泛的领域。

背景技术

在整个说明书中，任何对背景技术的讨论不应被认为是承认该技术是众所周知的，或者承认该技术构成本领域中常识的部分。

储能装置已经在许多应用中使用了多年。一种这样的储能装置是维持两个电极之间的电能的电容器。然而，对于给定的电极尺寸，电容器仅储存特定量的电能，因而经常不能满足应用的、另外足够小到可实用的电能需要。

特别地，当应用在大型汽车领域中时，这样的电容器必须满足物理尺寸和性能特性的特定组合以使得该电容器有作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服或改进现有技术的至少一个缺点，或者多提供一种选择。

一个实施例提供了一种双电层电容器，所述双电层电容器包括：

至少两个堆叠的电极，具有相对的各自的活性表面；

电解质，具有电解质离子，所述电解质允许在每个电极处建立电双层；

分隔件，设置在电极中间，以将表面分开和电分离，同时允许电解质离子在电双层之间移动；以及

封装件，具有用于密封地容纳电极、分隔件和电解质的内部以及外部，外部具有在一个维度上不大于大约20mm的厚度以及沿着与限定封装件的覆盖区的一个维度垂直的平面延伸的区域，其中，电容器的体积功率（瓦特/升）与覆盖区（cm²）的第一比例大于大约10瓦特/升/cm²。

在另一个实施例中，所述双电层电容器包括多重堆叠的电极。

在另一个实施例中，第一比例大于大约100瓦特/升/cm²。优选地，第一比例大于大约350瓦特/升/cm²。更优选地，第一比例大于大约960瓦特/升/cm²。

在另一个实施例中，覆盖区具有至少50cm²的面积。优选地，覆盖区具有小于或等于1,260cm²的面积。

在另一个实施例中，双电层电容器包括的覆盖区（cm²）与厚度（cm）的第二比例是至少25cm²/cm。优选地，第二比例小于或等于29,508cm²/cm。

在另一个实施例中，电容器的体积功率是至少4千瓦/升。优选地，电容器的体积功率是至少10千瓦/升。更优选地，电容器的体积功率是至少20千瓦/升。更优选地，电容器的体积功率是至少30千瓦/升。更优选地，电容器的体积功率是至少48千瓦/升。

在整个说明书中提及的“一个实施例”、“一些实施例”或“实施例”是指结合实施例描述的具体的特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的不同位置出现的短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”或者“在实施例中”未必都指相同的实施例，而是可能指相同的实施例。另外，如本领域普通技术人员根据本公开将清楚的是，具体的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

如这里所使用的，除非另外说明，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述通常的对象，仅表示正在参考相似的对象的不同的实例，并不表明这样描述的对象必须在时间上、空间上、次序上或者以任何其他方式处于给定的顺序。

在权利要求和这里的描述中，术语包含、由…组成或者包括中的任何一个是开放性的术语，其意味着至少包括随后的元件/特征，但不排除其他的元件/特征。因此，当在权利要求中使用术语包括时，不应解释为限制于后面列出的手段或元件或步骤。例如，包括A和B的装置表述的范围不应限制于仅由A和B组成的装置。这里使用的术语包括或者包含中的任何一个也是开放性的术语，其也意味着至少包括该术语后面的元件/特征，但不排除其他的元件/特征。因此，包括与包含是同义词，且是指包含。

如这里所使用的，与表示性质不同，术语“示例性”以提供示例的意思使用。即，与必须作为示例性性质的实施例不同，“示例性实施例”是作为示例提供的实施例。

附图说明

现将参照附图，仅以示例的方式描述本实用新型的实施例，在附图中：

图1是根据本实用新型的实施例的双电层电容器的透视图。

图2是图1的电容器的仰视图，示出了覆盖区域（footprint area）。

图3是沿图2的X-X线截取的剖视图。

图4是根据本实用新型的实施例的双电层电容器的透视图。

图5A是图1的双电层电容器的正视图。

图5B是图1的双电层电容器的俯视图。

图5C是图1的双电层电容器的侧视图。

具体实施方式

参照图1、2和3，双电层电容器1包括均具有相应的活性层的两个堆叠的铝电极2和3，相应的活性层具有相对的表面4和5。电容器1还包括具有电解质离子（未示出）的电解质，电解质允许在电极2和电极3中的每个处建立电双层。分隔件8设置在电极2和电极3之间以将表面4和表面5分开以及电分离，同时允许电解质离子在电双层之间移动。电容器1还包括具有内部11的密封封装件10以密封地容纳电极2和电极3、分隔件8以及电解质。封装件10还具有外部12，外部12具有沿着垂直于限定覆盖区（footprint）14的一个维度的平面延伸的区域。电极2和电极3分别电连接到从内部11延伸到外部12的铝端子15和16以允许外部电连接到电容器1。

将理解的是，每个活性层的大部分是活性的，而不仅仅是表面4和5。尽管，强调表面4和表面5也是活性的。

在一些实施例中，电极2和电极3分别与端子15和端子16形成为一体。

参照图1，封装件10是大体上矩形棱柱形且大体上平面的，其具有两个端边缘20和21、两个相对的侧边缘22和23、平面的顶侧24和平面的底侧25。参照图2，封装件10的底侧25的区域限定覆盖区14。在其他实施例中，覆盖区14由除了底侧25以外的侧面5限定。

在这个实施例中，端子15和端子16穿过边缘20从内部11延伸到外部12。在其他实施例中，两个端子不穿过边缘20。

参照图1和图4，示出了矩形平面端子15和16穿过边缘20延伸到外部12中以允许与其他电池（包括其他双电层电容器）以串联或并联连接到外部电路或者单独地连接到外部电路。在优选的实施例中，端子15和端子16在相同的封装件边缘上。在其他实施例中，相应的端子可以在不同的边缘上，例如在相对的或相邻的边缘上。图1中示出的实施例，封装件10包括沿着密封部分30密封的两个相对的矩形片，密封部分30围绕电容器1的全部四个侧部延伸。图4中示出的实施例，封装件10包括一个折叠的矩形片，使得重叠区域对齐，并且相对的边缘彼此相邻。在这个实施例中，密封部分30围绕电容器1的四个侧部中的三个延伸。

在其他实施例中，封装件10的形状不由矩形棱柱来表示，例如由盘或不规则的形状来表示。应该理解的是，在其他实施例中，封装件10不是基本上的平面。

限定覆盖区14的区域是具有大约5cm×大约10cm的尺寸的大体矩形区域，以提供大约50cm²的覆盖区。在其他实施例中，限定覆盖区14的区域具有至少大约5cm×至少大约10cm的尺寸，以提供至少50cm²的覆盖区。在其他实施例中，限定覆盖区14的区域具有小于或等于大约42cm×小于或等于大约30cm的尺寸，以提供小于或等于1,260cm²的覆盖区。在其他实施例中，覆盖区14具有至少100cm²且小于或等于1,260cm²的面积。在其他实施例中，覆盖区14具有至少100cm²且小于或等于1,000cm²的面积。在其他实施例中，覆盖区14具有至少250cm²且小于或等于800cm²的面积。

第一比例被限定为电容器的体积功率（单位是瓦特/升）与覆盖区（单位是cm²）的比例。电容器1的第一比例大于大约10瓦特/升/cm²。在另一实施例中，第一比例大于大约100瓦特/升/cm²。在另一实施例中，第一比例大于大约350瓦特/升/cm²。在另一实施例中，第一比例大于大约960瓦特/升/cm²。

例如，在一个尤其优选的实施例中，电容器1具有13cm×19.5cm×0.94cm的尺寸并且额定值为2.3伏特，其中等效串联电阻（ESR）为0.21毫欧，从而第一比例为103瓦特/升/cm²。

第二比例被限定为覆盖区（单位为cm²）与厚度（单位为cm）的比例。电容器1的第二比例大于或等于25cm²/cm且小于或等于29,508cm²/cm。

例如，在实施例中，覆盖区为50cm²且厚度为0.53cm，从而得出100cm²/cm的第二比例。该实施例包括1.5毫欧的ESR和968瓦特/升/cm²的第一比例。在2.75伏特下，从1,283瓦特的功率按照每（50cm²×0.53cm/1000=0.0265L）每50cm²等于968W/L/cm²来计算出第一比例。在具有与第一实施例相同的覆盖区、厚度和第二比例的另一个实施例中，第一比例是677瓦特/升/cm²。在2.3伏特下，从897瓦特的功率按照每（50cm²×0.53cm/1000=0.0265L）每50cm²等于677W/L/cm²来计算出第一比例。

在覆盖区为1,260cm²、十对封装电极的厚度为0.192cm、ESR为0.2毫欧（包括0.09毫欧的“裸”ESR加上用于宽端子的0.11毫欧的附加ESR）的实施例中得出47瓦特/升/cm²的第一比例和6563cm²/cm的第二比例。在2.3伏特下，从897瓦特的功率按照每（50cm²×0.53cm/1000=0.0265L）每50cm²等于677W/L/cm²来计算出第一比例。如果使用一对电极，则可以实现0.043cm的厚度，并且第二比例为29,508cm²/cm。

电容器1的体积功率是大约30千瓦/升。在其他实施例中，电容器1的体积功率是至少30千瓦/升。在其他实施例中，电容器的体积功率是至少20千瓦/升。在其他实施例中，电容器的体积功率是至少10千瓦/升。在其他实施例中，电容器的体积功率是至少4千瓦/升。

在其他实施例中，存在多于两个的堆叠的电极。例如，在另一实施例中，存在多重的四个堆叠的电极。

在其他实施例中，厚度13不大于20mm。在其他实施例中，厚度不大于大约15mm。在另外的实施例中，厚度13不大于大约10mm。

参照图5A、5B和5C，示出了这个实施例的若干尺寸。在一个实施例中，这些尺寸如下：

尺寸60是131mm。

尺寸61是220mm。

尺寸62是195mm。

尺寸63是45mm。

尺寸64是45mm。

尺寸65是2mm。

尺寸66是106mm。

尺寸67是131mm。

尺寸68显示的厚度是9mm。

将理解的是，在其他实施例中，尺寸60至尺寸68不同于以上项目符号点列出的尺寸。

由于这里描述的实施例中的电容器在维持启动车辆所需的能量的同时还足够薄，并且提供单位覆盖区的足够的能量，所以尤其适合汽车应用。这种特征组合尤其难以实现。启动车辆的最佳能量由车辆的规格决定。然而，在制造具有过大的覆盖区的装置的情况下，同时提供高功率和最小的厚度将电容器的成本以及该超电容器包括在车辆中所需的空间和体积最小化。纤薄具有附加的优点，即允许超电容器设置在通常不易于使用电池的薄空间中。

应该理解的是，在本实用新型的示例性实施例的以上描述中，出于使本公开简单化和有助于理解不同发明方面的一个或多个方面的目的，本实用新型的不同的特征有时在单个实施例、附图或其描述中组合在一起。然而，本公开的方法不应解释为反映这样的意图，即，要求保护的实用新型需要比每个权利要求中明确地列出的特征更多的特征。相反，如权利要求所反映的，发明方面旨在比单个前面公开的实施例的所有特征少。因此，在具体实施方式之后的权利要求据此清楚地并入到该具体实施方式中，每项权利要求基于其自身而作为本实用新型的单独的实施例。

另外，尽管这里描述的一些实施例包括一些包括在其他实施例中的其他特征之外的特征，但是如本领域技术人员将理解的，不同实施例的特征的组合意图在本实用新型的范围内，并形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求中，任何要求保护的实施例可以以任何组合使用。

在这里提供的描述中，阐述了许多具体的细节。然而，应该理解的是，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，为了突出对本描述的理解，未详细示出公知的方法、结构和技术。

相似地，将注意到的是，当术语结合被用在权利要求中时，不应被解释为仅限于直接连接。可以使用术语“结合”、“连接”以及它们的派生词。应该理解的是，这些术语不意图作为彼此的同义词。因此，装置A结合到装置B的表述不应限制为其中装置A的输出端直接连接到装置B的输入端的装置或系统。其意味着在A的输出端和B的输入端之间存在路径，该路径可以是包括其他装置或手段的路径。“结合”可以指两个或更多个元件直接物理或电接触，或者两个或更多个元件不彼此直接接触，而是彼此协作或相互作用。

因此，尽管已经描述了认为是本实用新型的优选实施例的内容，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本实用新型的精神的情况下，可以对其做出其他修改和进一步的修改，并且意图要求保护落入本实用新型范围内的所有这样的变化和修改。例如，以上给出的任何方案仅是可以使用的工序的代表。可以从框图中添加或删除功能，可以在功能块间交换操作。在本实用新型的范围内描述的方法可以添加或删除步骤。

Claims

1.一种双电层电容器，其特征在于，所述双电层电容器包括：

至少两个堆叠的电极，具有相对的各自的活性表面；

分隔件，设置在电极中间，将表面分开和电分离，同时允许电解质离子在电双层之间移动；以及

封装件，具有用于密封地容纳电极、分隔件和电解质的内部以及外部，外部具有在一个维度上不大于20mm的厚度以及沿着与限定封装件的覆盖区的一个维度垂直的平面延伸的区域，其中，电容器的单位为瓦特/升的体积功率与单位为cm²的覆盖区的第一比例大于10瓦特/升/cm²。

2.根据权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述电容器包括多重堆叠的电极。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，第一比例大于100瓦特/升/cm²。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，第一比例大于350瓦特/升/cm²。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，第一比例大于960瓦特/升/cm²。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，覆盖区具有至少50cm²的面积。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，覆盖区具有小于或等于1,260cm²的面积。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，单位为cm²的覆盖区与单位为cm的厚度的第二比例是至少25cm²/cm。

9.根据权利要求8所述的电容器，其特征在于，第二比例小于或等于29,508cm²/cm。

10.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，电容器的体积功率是至少4千瓦/升。

11.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，电容器的体积功率是至少10千瓦/升。

12.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，电容器的体积功率是至少20千瓦/升。

13.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，电容器的体积功率是至少30千瓦/升。

14.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其特征在于，电容器的体积功率是至少48千瓦/升。