DE60212019T2 - Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul - Google Patents

Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul, insbesondere ein laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul mit einer hohen Ausgangsleistungsdichte und einer hohen Energiedichte pro Volumen oder pro Gewicht.
  • Elektrische Doppelschichtkondensatoranordnungen sind in den Dokumenten US-A-5 850 331 und EP-A-1 061 539 beschrieben.
  • Ein elektrischer Doppelschichtkondensator weist eine hervorragende Ausgangsleistungsdichte oder Langzeitzuverlässigkeit für Lade/Entladezyklen auf und wird als Energiequelle für ein Hybrid-Elektrofahrzeug oder als Notfallquelle für elektrische Energie verwendet. In einer solchen Energiequellenanordnung ist eine hohe Spannung auf einem Niveau von einigen Hundert V erforderlich.
  • Üblicherweise liegt die Betriebsspannung einer Einheitszelle eines elektrischen Doppelschichtkondensators bei 0,6 bis 0,8 V in einem Fall, bei dem der Elektrolyt vom Typ einer wässrigen Lösung ist, oder bei 2,0 bis 3,3 V in einem Fall, bei dem der Elektrolyt vom Typ einer nicht-wässrigen Lösung ist. Demgemäß werden solche Einheitszellen in der Form eines Hochspannungs-Energiequellenmoduls verwendet, in dem einige Zehn bis einige Hundert solcher Einheitszellen in Reihe verbunden sind.
  • Als Struktur einer solchen Einheitszelle ist eine prismatische Zelle oder eine zylindrische Zelle gebräuchlich. Eine prismatische Zelle ist derart, wie sie in der 8 gezeigt ist, d.h. eine Vielzahl von positiven und negativen Elektroden 7A und 7B in Form einer flachen Platte ist abwechselnd mit einem dazwischen angeordneten Separator 2 zur Bildung einer Mehrschichtelementeinheit gestapelt und die Einheit ist in einem prismatischen Gehäuse 11 eingerichtet. Von den jeweiligen Elektroden 7A und 7B erstrecken sich Anschlüsse 8A und 8B in Form einer flachen Platte nach oben und sind an den Anschlussverbindungsabschnitten 9A bzw. 9B gebündelt, wobei sie in positive Elektroden und negative Elektroden aufgeteilt sind. Die Anschlussverbindungsabschnitte 9A und 9B sind mit dem positiven und negativen Anschluss 10A bzw. 10B, die so fixiert sind, dass sie durch das prismatische Gehäuse 11 hindurchtreten, verbunden und an diesen befestigt.
  • Eine zylindrische Zelle ist derart, wie es in der 9 gezeigt ist, d.h. ein Paar von langen streifenförmigen positiven und negativen Elektroden 1A und 1B und ein dazwischen angeordneter Separator 13 sind so aufgewickelt, dass sie ein Wickelelement bilden, und dieses Wickelelement ist in einem zylindrischen Gehäuse 15 eingerichtet, so dass eine zylindrische Zelle gebildet wird.
  • Die Anschlüsse 5A und 5B sind mit den oberen Enden der positiven und der negativen Elektrode 1A bzw. 1B verbunden. Diese Anschlüsse 5A und 5B sind mit dem positiven und dem negativen Elektrodenanschluss 4A bzw. 4B verbunden, die fixiert sind, wobei sie durch eine abdichtende Isolierplatte 3 hindurchtreten. Beispielsweise ist, wie es in der 10 gezeigt ist, eine Vielzahl von so aufgebauten Einheitszellen 20 in Reihe verbunden, so dass ein Hochspannungs-Energiequellenmodul gebildet wird.
  • Um jedoch die Vielzahl von Einheitszellen 20 integral zu fixieren, sind fest konstruierte Strukturelemente 21 erforderlich, und um die Einheitszellen 20 in Reihe elektrisch zu verbinden, sind viele verbindende Sammelschienenleiterelemente 23 erforderlich.
  • Demgemäß sind nach dem Zusammenbau zu einem Hochspannungs-Energiequellenmodul die Gewichtszunahme und die Volumenzunahme, die bei der Bildung des Moduls auftreten, wesentlich, und als Hochspannungs-Energiequellenmodul als Ganzes verschlechtern sich die Ausgangsleistungsdichte und die Energiedichte wesentlich. Insbesondere bestand ein Problem dahingehend, dass die hohe Ausgangsleistungsdichte als Vorteil eines elektrischen Doppelschichtkondensators verloren geht und die niedrige Energiedichte ausgeprägt wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Probleme des Standes der Technik gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul mit einer hohen Ausgangsleistungsdichte und einer hohen Energiedichte pro Volumen oder pro Gewicht bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul bereit, umfassend: Elektrodenanordnungen für positive und negative Elektroden, jeweils gegenüber angeordnet, welche jeweils eine Metall-Stromsammlerfolie und eine Elektrodenschicht aus einem Material mit einer großen Oberfläche, gebildet auf mindestens einer Oberfläche der Folie, außer einem Endstreifenabschnitt, entlang einem Seitenende der Folie, umfassen; einen Ionen-durchlässigen Separator, angeordnet zwischen den angrenzenden Elektrodenanordnungen, um die jeweiligen Elektrodenschichten voneinander zu trennen; eine Metall-Stromsammlerplatte für positive Elektroden und eine Metall-Stromsammlerplatte für negative Elektroden, elektrisch mit dem Endstreifenabschnitt jeder Elektrodenanordnung für die positive Elektrode bzw. dem Endstreifenabschnitt jeder Elektrodenanordnung für die negative Elektrode verbunden;
    einen Elektrolyten und ein Modulgehäuse; wobei:
    • a) die Elektrodenanordnungen für positive und negative Elektroden alternierend in Vielzahl derart laminiert sind, dass die jeweiligen Endstreifenabschnitte von den Separatoren auf gegenüberliegenden Seiten hervorspringen, um ein laminiertes Element zu bilden;
    • b) die Metall-Stromsammlerplatte für positive Elektroden an dem Ende des laminierten Elements auf der Seite angeordnet ist, an welcher die Endstreifenabschnitte der Metall-Stromsammlerfolien für positive Elektroden von den Separatoren hervorspringen;
    • c) die Metall-Stromsammlerplatte für negative Elektroden an dem Ende des laminierten Elements auf der Seite angeordnet ist, an der die Endstreifenabschnitte der Metall-Stromsammlerfolien für negative Elektroden von den Separatoren hervorspringen;
    • d) die Elektrodenanordnungen, die Separatoren, die Stromsammlerplatte für positive Elektroden und die Stromsammlerplatte für negative Elektroden integriert sind, um eine laminierte Elementeinheit aufzubauen;
    • e) eine Vielzahl solcher laminierter Elementeinheiten vorgesehen sind, und diese jeweils eingerichtet und geschützt sind in einem von Elementkompartimenten, gebildet in einer Vielzahl in dem Modulgehäuse; und
    • f) die Vielzahl der laminierten Element-Einheiten, jeweils eingerichtet in der Vielzahl der Elementkompartimente, elektrisch in Reihe verbunden sind.
  • Das erfindungsgemäße Modul erfordert nicht die Verwendung von fest konstruierten Strukturelementen zum integralen Fixieren der Vielzahl von Zellen oder von vielen elektrischen Verbindungselementen für Zellen, die zum Aufbau eines Hochspannungs-Energiequellenmoduls durch Verbinden von Einheitszellen in Reihe erforderlich waren. Erfindungsgemäß ist es möglich, die Energiedichte pro Volumen oder pro Gewicht als Modulenergiequelle zu erhöhen. Insbesondere wenn ein Harzgehäuse, das leichter als Metall ist, als Modulgehäuse verwendet wird, kann die Energiedichte weiter erhöht werden. Ferner kann das Verfahren bis zur Herstellung einer fertiggestellten laminierten Modulenergiequelle vereinfacht werden und die Anzahl der erforderlichen Komponenten ist gering, wodurch die Produktivität hervorragend ist und die Herstellungskosten gesenkt werden können.
  • In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Modulgehäuse einen Modulgehäuse-Hauptkörper, der mit den Elementkompartimenten ausgestattet ist, und eine Modulgehäuse-Abdeckung zum Schließen des Modulgehäuse-Hauptkörpers umfasst.
  • Durch diesen Aufbau ist das Modulgehäuse aus dem Modulgehäuse-Hauptkörper und die Modulgehäuse-Abdeckung aufgebaut, wodurch die Herstellung einfach ist und Reparaturen, usw., einfach sind.
  • Ferner ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass ein Verbindungsmittel bereitgestellt ist, das mit der Stromsammlerplatte für positive Elektroden und/oder der Stromsammlerplatte für negative Elektroden durch eine Trennwand, welche die angrenzenden Elementkompartimente des Modulgehäuse-Hauptkörpers aufteilt, oder durch beide Seitenwände des Modulgehäuse-Hauptkörpers, verbunden ist.
  • Folglich ist es durch die gemeinsame Verwendung einiger Komponenten, die das Gehäuse für Einheitszellen bilden, zum Aufbau einer Struktur, die Modul-bildende Elemente und elektrische Verbindungselemente zwischen Zellen umfasst, möglich, ein laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul zu erhalten, das kompakter ist und ein geringeres Gewicht aufweist.
  • Ferner können die benachbarten Einheitszellen in der minimalen Distanz verbunden werden, ohne dass Sammelschienenleiter oder dergleichen erforderlich sind, wodurch der Widerstand als Modulenergiequelle niedriger als bisher gemacht werden kann.
  • In den beigefügten Zeichnungen:
  • 1 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Elektrodenanordnung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer laminierten Struktur aus Elektrodenanordnungen und Separatoren.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Metall-Stromsammlerplatte.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer laminierten Elementeinheit.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht des Modulgehäuse-Hauptkörpers.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht der Modulgehäuse-Abdeckung.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht eines laminierten elektrischen Doppelschichtkondensatormoduls.
  • 8 zeigt die Struktur einer herkömmlichen prismatischen Zelle.
  • 9 zeigt die Struktur einer herkömmlichen zylindrischen Zelle.
  • 10 ist eine Ansicht, welche die Struktur eines herkömmlichen elektrischen Doppelschichtkondensatormoduls zeigt.
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
  • Von den verschiedenen Elementen, die das laminierte elektrische Doppelschichtkondensatormodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden, wird der detaillierte Aufbau einer Elektrodenanordnung 31 als erstes beschrieben. Eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Elektrodenanordnung 31 ist in der 1 gezeigt.
  • In der 1 umfasst die Elektrodenanordnung 31, bei der es sich um eine positive Elektrode oder negative Elektrode handeln wird, eine bandförmige oder streifenförmige Metall-Stromkollektorfolie 33 und Elektrodenschichten 35A und 35B, die aus einem Material mit großer Oberfläche hergestellt sind und auf beiden Seiten der Folie gebildet sind, außer einem Endstreifenabschnitt 33a entlang eines Seitenendes der Folie.
  • Die Metall-Stromkollektorfolie 33, die hier verwendet wird, ist nicht speziell beschränkt, so lange sie bezüglich der elektrochemischen Korrosionsbeständigkeit auf der Seite der positiven Elektrode hervorragend ist. Im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit und die Gewichtsverminderung ist jedoch ein Folienmaterial aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder rostfreiem Stahl bevorzugt.
  • Die Dicke der Folie wird auf einen kleinen Wert eingestellt, so lange die Festigkeit dies erlaubt, und sie liegt gewöhnlich vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 20 bis 100 μm. Ferner kann zum Zwecke einer Verbesserung der Haftfestigkeit mit den Elektrodenschichten 35A und 35B oder der Verminderung des elektrischen Widerstands eine chemische, elektrochemische oder mechanische Oberflächenätzbehandlung angewandt werden.
  • Der Endstreifenabschnitt 33a, auf dem keine Elektrodenschicht wie z.B. 35A oder 35B gebildet ist, ist zur elektrischen Verbindung mit der Außenseite gestaltet. Demgemäß ist der Endstreifenabschnitt zur Erhöhung der Zellenkapazität vorzugsweise so schmal wie möglich und liegt vorzugsweise auf einem Niveau von 2 bis 6 mm.
  • Die Elektrodenschichten 35A und 35B sind auf beiden Seiten der Metall-Stromkollektorfolie 33 gebildet und aus einem Material mit großer spezifischer Oberfläche zur Bildung einer elektrischen Doppelschicht an der Grenzfläche mit dem Elektrolyten zur Speicherung hergestellt, und es kann sich um beschichtete oder vorgeformte dünne Elektrodenblätter handeln, die an die Metall-Stromkollektorfolie 33 gebunden sind.
  • Zur Bindung des Elektrodenblatts an die Metall-Stromkollektorfolie 33 ist es üblich, ein mechanisches Druckschweißen oder ein Verfahren des Bindens mittels eines leitenden Haftmittels einzusetzen. Zur Bildung der Elektrodenschichten 35A und 35B ist üblicherweise ein Bindemittel erforderlich und verschiedene organische Bindemittel, insbesondere Bindemittel wie z.B. Polytetrafluorethylen und Polyvinylidenfluorid, werden bevorzugt eingesetzt.
  • Um ferner bei der elektrischen Leitung der Elektrodenschichten 35A und 35B zu unterstützen, kann ein Leitungshilfsmittel in einer bestimmten Menge zugesetzt werden. Das vorstehend beschriebene Material mit großer spezifischer Oberfläche ist vorwiegend aus einem kohlenstoffhaltigen Material mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 3000 m2/g hergestellt.
  • Insbesondere kann bzw. können bevorzugt z.B. Aktivkohle eines Harztyps, wie z.B. Phenol, eines Kokosnussschalen-Typs, eines Koks-Typs oder eines Pech-Typs, sowie Kohlenstoff-Nanoröhrchen; ein Kohlenstoff-Aerogel oder Polyacen eingesetzt werden. Als Leitungshilfsmittel kann bzw. können vorzugsweise Ruß, kurze Kohlenstofffasern oder Metallfasern eingesetzt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung ist der Elektrolyt, der zum Bilden einer elektrischen Doppelschicht verwendet wird, vorzugsweise ein nicht-wässriger Elektrolyt, da dessen Stehspannung hoch ist. Der in dem nicht-wässrigen Elektrolyten enthaltene gelöste Stoff ist im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit, die Löslichkeit in einem Lösungsmittel und die elektrochemische Stabilität vorzugsweise ein quartäres Oniumsalz.
  • Insbesondere weist es bevorzugt ein Oniumkation auf, das durch R1R2R3R4N+ oder R1R2R3R4P+ dargestellt wird (worin jeder von R1, R2, R3 und R4, die unabhängig voneinander sind, eine C1-6-Alkylgruppe oder eine C6-10-Arylgruppe ist). Insbesondere handelt es sich vorzugsweise um ein Salz des vorstehend genannten Kations mit einem Anion wie z.B. BF4 –, PF6 –, CF3SO3 –, AsF6 –, N(SO2CF3)2 – oder ClO4 –.
  • Die Konzentration des vorstehend genannten Oniumsalzes in dem Elektrolyten beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 mol/Liter, besonders bevorzugt mindestens 1,0 mol/Liter, um die Menge an Ionen sicherzustellen, die zur Bildung der elektrischen Doppelschicht erforderlich ist, und eine angemessene elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.
  • Das organische Lösungsmittel, das für den nicht-wässrigen Elektrolyten eingesetzt wird, ist vorzugsweise mindestens ein Lösungsmittel, das aus der Gruppe bestehend aus cyclischen Carbonaten, wie z.B. Ethylencarbonat, Propylencarbonat und Butylencarbonat, geradkettigen Carbonaten, wie z.B. Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat und Diethylcarbonat, Sulfolan, Sulfolanderivaten und Nitrilen, wie z.B. Acetonitril und Glutaronitril, ausgewählt ist.
  • Ferner kann als nicht-wässriger Elektrolyt eine ionische Flüssigkeit des Amidin-Typs, d.h. ein bei Raumtemperatur geschmolzenes Salz, als solche oder gelöst in einem Lösungsmittel verwendet werden.
  • Nachstehend wird der Separator 2 beschrieben. Der Separator 2 ist ein Element mit einer Ionendurchlässigkeit, das zwischen den positiven und negativen Elektrodenanordnungen 31 angeordnet ist. Das Material für den Separator 2 ist nicht speziell beschränkt. Der Separator 2 ist jedoch vorzugsweise aus einem porösen Material hergestellt, das hervorragende elektrische Isoliereigenschaften, eine hervorragende chemische Stabilität gegen den Elektrolyten und hervorragende Flüssigkeitsabsorptions- und -bewahrungseigenschaften für den Elektrolyten aufweist.
  • Insbesondere ist der Separator vorzugsweise aus anorganischen Fasern, wie z.B. Glasfasern, Siliziumdioxidfasern, Aluminiumoxidfasern, Asbest oder Faserkristallen davon, natürlichen Fasern, wie z.B. Manilahanf, oder organischen Fasern, wie z.B. synthetischen Polymerfasern aus z.B. einem Polyolefin oder einem Polyester hergestellt. Ferner kann vorzugsweise auch ein daraus hergestelltes Blatt oder ein mikroporöser Film mit feinen Perforationen, der durch Strecken gebildet worden ist, verwendet werden.
  • Nachstehend wird eine laminierte Struktur von Elektrodenanordnungen 31 und Separatoren 2 beschrieben. Eine perspektivische Ansicht der laminierten Struktur von Elektrodenanordnungen 31 und Separatoren 2 ist in der 2 gezeigt.
  • In der 2 sind bandförmige oder streifenförmige Separatoren 2 und bandförmige oder streifenförmige Elektrodenanordnungen 31 für positive und negative Elektroden mit dem gleichen Aufbau abwechselnd angeordnet.
  • Die jeweiligen Endstreifenabschnitte 33a der Elektrodenanordnungen 31 sind so angeordnet, dass Endstreifenabschnitte, die in der Breitenrichtung der Separatoren 2 aneinander angrenzen, von den Separatoren 2 auf gegenüber liegenden Seiten hervorspringen. Durch solche Elektrodenanordnungen 31 und Separatoren 2 wird ein laminiertes Element 30 aufgebaut. In diesem Zustand liegen sowohl an der rechten als auch an der linken Endoberfläche des laminierten Elements 30 die Endstreifenabschnitte 33a der positiven und der negativen Elektroden jeweils frei.
  • Nachstehend wird die Metall-Stromkollektorplatte 37 beschrieben. Eine perspektivische Ansicht der Metall-Stromkollektorplatte 37 ist in der 3 gezeigt.
  • In der 3 ist ein Durchgangsloch 39 an einem oberen Abschnitt der aus einem Metall hergestellten Metall-Stromkollektorplatte 37 bereitgestellt.
  • Nachstehend wird der Aufbau einer laminierten Elementeinheit beschrieben. Eine perspektivische Ansicht der laminierten Elementeinheit 40 ist in der 4 gezeigt.
  • In der 4 ist die laminierte Elementeinheit 40 derart aufgebaut, dass die Metall-Stromkollektorplatten 37A und 37B an die Endstreifenabschnitte 33a der jeweiligen Metall-Stromkollektorfolien 33 für positive bzw. negative Elektroden des laminierten Elements 30 gebunden sind, um einen elektrischen Kontakt mit der Außenseite herzustellen. Das Verfahren zum Binden der Metall-Stromkollektorplatten 37A und 37B an die Endstreifenabschnitte 33a kann ein mechanisches Pressen oder ein elektrisch leitendes Kleben mittels eines elektrisch leitenden Haftmittels oder dergleichen sein. Ein Binden durch Schweißen, das mechanisch und elektrisch sehr zuverlässig ist, ist jedoch bevorzugt.
  • Als Schweißverfahren wird vorzugsweise Ultraschallschweißen, Schweißen mit einem Laser, wie z.B. einem YAG, oder Elektronenstrahlschweißen eingesetzt. Das Material für die Metall-Stromkollektorplatte 37 ist nicht speziell beschränkt, so lange es eine hohe elektrische Leit fähigkeit und elektrochemische Korrosionsbeständigkeit aufweist. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist jedoch beispielsweise bevorzugt.
  • Die Form der Metall-Stromkollektorplatte 37 ist nicht speziell beschränkt. Um jedoch das Tränken des Elektrolyten an der Endoberfläche des laminierten Elements 30 nicht zu beeinträchtigen, ist es bevorzugt, Kerben an dem flachen Abschnitt der Metall-Stromkollektorplatte 37, die gegen die Endoberfläche des laminierten Elements 30 anstößt, bereitzustellen. Ansonsten können Perforationen oder Unregelmäßigkeiten an einem Teil des flachen Abschnitts, die ähnliche Effekte bewirken, bereitgestellt werden.
  • Nachstehend werden der Modulgehäuse-Hauptkörper 41, in dem die laminierten Elementeinheiten 40 eingerichtet sind, und die Modulgehäuse-Abdeckung 43 beschrieben. Eine perspektivische Ansicht des Modulgehäuse-Hauptkörpers 41 in der vorliegenden Erfindung ist in der 5 gezeigt und eine perspektivische Ansicht der Modulgehäuse-Abdeckung 43 in der vorliegenden Erfindung ist in der 6 gezeigt.
  • Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ist in dem Modulgehäuse-Hauptkörper 41 und der Modulgehäuse-Abdeckung 43, die beide aus einem Harz hergestellt sind, eine Vielzahl von Elementkompartimenten 45 ausgebildet, die unabhängig voneinander aufgeteilt sind.
  • Die laminierten Elementeinheiten 40 sind ausreichend mit dem Elektrolyten getränkt. Die getränkten laminierten Elementeinheiten 40 sind jeweils so in den Elementkompartimenten 45 eingerichtet, dass die Metall-Stromkollektorplatte 37A der positiven Elektrode von einer der benachbarten laminierten Elementeinheiten 40 der Metall-Stromkollektorplatte 37B der negativen Elektrode der anderen laminierten Elementeinheit mittels einer Trennwand 41b gegenüber liegt.
  • In beiden Seitenwänden 41c und den Trennwänden 41b des Modulgehäuse-Hauptkörpers 41 sind Durchgangslöcher 47 jeweils an gegenüber liegenden Positionen ausgebildet. Diese Durchgangslöcher 47 sind so gestaltet, dass dann, wenn die laminierten Elementeinheiten 40 in den Elementkompartimenten 45 eingerichtet sind, die Positionen der Durchgangslöcher mit den Durchgangslöchern 39 der Metall-Stromkollektorplatten 37 übereinstimmen. Durch das Durchgangsloch 47 und das Durchgangsloch 39a der laminierten Elementeinheit 40, die an dem linken Ende in der 5 angeordnet sind, wird ein externer Anschlussbolzen 49 eingesetzt und fixiert.
  • Die Abdichtung wird durch einen O-Ring zwischen dem externen Anschlussbolzen 49 und dem Durchgangsloch 39A oder 47 sichergestellt. Das Gleiche gilt für das Durchgangsloch 47 und das Durchgangsloch 39B der laminierten Elementeinheit 40, die an dem rechten Ende in der 5 angeordnet sind.
  • Ferner wird durch ein Durchgangsloch 47 einer Trennwand 41b und ein Durchgangsloch 39A oder 39B der benachbarten laminierten Elementeinheit 40 ein interner Anschlussbolzen (nicht gezeigt) eingesetzt und fixiert. Die Abdichtung wird durch einen O-Ring zwischen dem internen Anschlussbolzen und dem Durchgangsloch 39A oder 39B sichergestellt.
  • Das Material für den O-Ring ist nicht speziell beschränkt, so lange es sich um ein Material handelt, das durch den verwendeten nicht-wässrigen Elektrolyten nicht erodiert wird. Beispielsweise kann zweckmäßig Fluorkautschuk, EPDM, Butylkautschuk oder Silikonkautschuk verwendet werden. Das Material für den internen Anschlussbolzen ist nicht speziell beschränkt, so lange dieser eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe elektrochemische Korrosionsbeständigkeit aufweist, jedoch ist beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bevorzugt.
  • Zwischen dem internen Anschlussbolzen und der Metall-Stromkollektorplatte 37 der laminierten Elementeinheit 40 wird zusätzlich zu der elektrischen Verbindung eine mechanische Fixierbehandlung der laminierten Elementeinheit 40 durchgeführt. Als solches Verfahren ist ein mechanisches Festziehen zwischen dem internen Anschlussbolzen und der Metall-Stromkollektorplatte 37 gebräuchlich, jedoch kann auch ein Schweißen, wie z.B. ein Laserschweißen oder ein Elektronenstrahlschweißen, eingesetzt werden.
  • Die laminierten Elementeinheiten 40 werden auf diese Weise in Reihe elektrisch verbunden. Durch Schließen und Abdichten durch die Modulgehäuse-Abdeckung 43 in diesem Zustand wird ein laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul, wie es in der 7 gezeigt ist, erhalten.
  • Die Anzahl der Elementkompartimente 45, die in dem Modulgehäuse-Hauptkörper 41 und der Modulgehäuse-Abdeckung 43 ausgebildet sind, ist nicht speziell beschränkt und kann optional abhängig von dem speziellen Zweck und der erforderlichen Modulspannung festgelegt werden. Üblicherweise beträgt sie jedoch vorzugsweise 2 bis 10.
  • Das Material für den Modulgehäuse-Hauptkörper 23 und die Modulgehäuse-Abdeckung 25 wird unter Berücksichtigung der elektrischen Isoliereigenschaften, der mechanischen Festig keit, der Feuchtigkeitsabschirmungseigenschaften und der Beständigkeit gegen den nicht-wässrigen Elektrolyten, der verwendet werden soll, zweckmäßig ausgewählt.
  • In einem gewöhnlichen Fall ist z.B. ein Polyolefin (PP, PE), ein Polyethylenterephthalat (PET), ein Polyparaphenylensulfid (PPS), ein Polyimid oder ein Polyamidimid geeignet. Eine Polymerlegierung, die ein solches Polymer enthält, kann ebenfalls verwendet werden. Um ferner die Festigkeit zu erhöhen, kann ein Füllstoff, wie z.B. anorganische Fasern, zugemischt werden, oder um das Hindurchdringen von Feuchtigkeit zu verhindern, kann eine Oberflächenbehandlung angewandt werden.
  • Ferner können die internen Anschlussbolzen und die externen Anschlussbolzen 49 auch durch Formen angebracht werden, so dass sie mit den inneren Trennwänden des geschlossenen Behälters integral sind, so dass ein guter Abdichtungszustand sichergestellt werden kann. Das Verfahren zum Abdichten bzw. Versiegelns der Abdeckung, die aus einem Harz hergestellt ist, und des Modulgehäuses, das aus einem Harz hergestellt ist, kann z.B. ein Verschmelzen durch Wärmeschmelzen, ein Ultraschallwellenverschmelzen, ein Kleben mittels verschiedener Abdichtungsmittel, Heißkleber oder Haftmittel, oder ein Pressversiegeln durch ein Verpackungsmaterial sein.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es erfindungsgemäß möglich, die Energiedichte pro Volumen oder pro Gewicht als Modulenergiequelle zu erhöhen. Ferner kann das Verfahren bis zur Herstellung der fertiggestellten laminierten Modulenergiequelle vereinfacht werden, und die Anzahl der benötigten Komponenten ist gering, wodurch die Produktivität hervorragend ist und die Kosten gesenkt werden können. Ferner können benachbarte Einheitszellen in dem minimalen Abstand verbunden werden, ohne dass Sammelschienenleiter oder dergleichen erforderlich sind, wodurch der Widerstand als Modulenergiequelle niedrig gemacht werden kann.

Claims (7)

  1. Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul, umfassend: Elektrodenanordnungen (31) für positive und negative Elektroden, jeweils gegenüber angeordnet, welche jeweils eine Metall-Stromsammlerfolie (33) und eine Elektrodenschicht (35A), (35B) aus einem Material mit einer großen Oberfläche, gebildet auf mindestens einer Oberfläche der Folie, außer einem Endstreifenabschnitt (33a), entlang einem Seitenende der Folie, umfassen; einen Ionen-durchlässigen Separator (2), angeordnet zwischen den angrenzenden Elektrodenanordnungen, um die jeweiligen Elektrodenschichten voneinander zu trennen; eine Metall-Stromsammlerplatte (37A) für positive Elektroden und eine Metall-Stromsammlerplatte (37B) für negative Elektroden, elektrisch mit dem Endstreifenabschnitt jeder Elektrodenanordnung für die positive Elektrode bzw. dem Endstreifenabschnitt jeder Elektrodenanordnung für die negative Elektrode verbunden; einen Elektrolyten und ein Modulgehäuse; wobei: a) die Elektrodenanordnungen (31) für positive und negative Elektroden alternierend in Vielzahl derart laminiert sind, daß die jeweiligen Endstreifenabschnitte (33a) von den Separatoren (2) auf gegenüberliegenden Seiten hervorspringen, um ein laminiertes Element zu bilden; b) die Metall-Stromsammlerplatte (37A) für positive Elektroden an dem Ende des laminierten Elements auf der Seite angeordnet ist, an welcher die Endstreifenabschnitte (33a) der Metall-Stromsammlerfolien (33) für positive Elektroden von den Separatoren hervorspringen; c) die Metall-Stromsammlerplatte (37B) für negative Elektroden an dem Ende des laminierten Elements auf der Seite angeordnet ist, an der die Endstreifenabschnitte (33a) der Metall-Stromsammlerfolien für negative Elektroden von den Separatoren hervorspringen; d) die Elektrodenanordnungen (31), die Separatoren (2), die Stromsammlerplatte (37A) für positive Elektroden und die Stromsammlerplatte (37B) für negative Elektroden integriert sind, um eine laminierte Elementeinheit aufzubauen; e) eine Vielzahl solcher laminierter Elementeinheiten (40) vorgesehen sind, und diese jeweils eingerichtet und geschützt sind in einem von Elementkompartimenten (45), gebildet in einer Vielzahl in dem Modulgehäuse; und f) die Vielzahl der laminierten Element-Einheiten (40), eingerichtet in der Vielzahl der Elementkompartimente (45), elektrisch in Reihe verbunden sind.
  2. Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul gemäß Anspruch 1, wobei das Modulgehäuse ein Modulgehäuse-Hauptkörper (41), angeordnet mit den Elementkompartimenten (45), und eine Modulgehäuse-Abdeckung, um den Modulgehäuse-Hauptkörper zu schließen, umfasst.
  3. Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul gemäß Anspruch 2, welches mit einem Verbindungsmittel, verbunden mit der Stromsammlerplatte für positive Elektroden und/oder der Stromsammlerplatte für negative Elektroden durch eine Trennwand (41b), welche die angrenzenden Elementkompartimente (45) des Modulgehäuse-Hauptkörpers aufteilt, oder durch beide Seitenwände (41c) des Modulgehäuse-Hauptkörpers (41), versehen ist.
  4. Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei an jeder der positiven Elektroden und der negativen Elektroden der Endstreifenabschnitt (33a) der Metall-Stromsammlerfolie (33) und die Metall-Stromsammlerplatte (37A, 37B) durch Schweißen gebunden sind.
  5. Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die angrenzenden zwei laminierten Elementanordnungen (40), eingerichtet in den Elementkompartimenten (45), derart angeordnet sind, daß die Metall-Stromsammlerplatte (37A) für positive Elektroden von einer laminierten Elementeinheit der Metall-Stromsammlerplatte (37B) für negative Elektroden der anderen laminierten Elementeinheit über eine Trennwand (41b) gegenüberliegt.
  6. Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Modulgehäuse aus einem Polyolefin, einem Polyethylenterephthalat, einem Polyparaphenylensulfid, einem Polyimid, einem Polyamid oder einer Polymerlegierung, enthaltend solche Polymere, ist.
  7. Laminiertes elektrisches Doppelschichtkondensatormodul gemäß Anspruch 6, wobei der Elektrolyt ein nicht-wäßriger Elektrolyt ist.
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