JP2020536391A - チップ形ウルトラキャパシタ - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、37CFR§1.53(b)の下で出願され、更に、35USC§1.119(e)の下で2017年10月3日に出願された「Chip Ultracapacitor(チップ・ウルトラキャパシタ)」と題する、以前に出願された仮出願62/567,752の利益を主張するものであり、如何なる目的でも該出願の内容全体を参照により本明細書に援用する。
Claims (65)
- はんだリフロー処理を使用してプリント回路基板上に搭載するのに適するエネルギー貯蔵装置であって、
密封されたハウジング本体であって、前記本体内にそれぞれ配置され、正極外部接点及び負極外部とそれぞれ電気的に連通して正極内部接点及び負極内部接点を備え、前記外部接点の各々が前記本体の外部へ電気通信を提供するハウジング本体と、
前記本体の空胴内に配置され、交互の電極層及び電気絶縁性セパレーター層のスタックからなる電気二重層キャパシタ(EDLC)エネルギー貯蔵セルと、
前記空胴内に配置され、前記電極層を湿らせる電解液と、
1つ以上の前記電極層の第1グループを前記正極内部接点に電気的に接続する正極リードと、
1つ以上の前記電極層の第2グループを前記負極内部接点に電気的に接続する負極リードと、
を備えるエネルギー貯蔵装置。 - 前記電極層の各々は、結合剤を実質的に含まない、主として炭素質材料からなるエネルギー貯蔵媒体を備える、請求項1の装置。
- エネルギー貯蔵媒体は、空所を画成するカーボンナノチューブのネットワークと、前記空所に配置され、前記カーボンナノチューブのネットワークによって結合された炭素質材料と、を備える、請求項2の装置。
- 少なくとも1つの電極層は、導電性の集電体層の対向面に配置されたエネルギー貯蔵媒体を有する両面電極層を備える、請求項3の装置。
- 本体と物理的に接触する前記エネルギー貯蔵セルの表面は、電気絶縁材料からなる、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記電極層の各々は、正極リード及び負極リードの一方に付着された導電性タブを備える、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記内部接点のうちの1つの近くに配置され、前記装置の動作中に前記内部接点と前記電解液との間の電気化学反応を制限するように構成された防食機能部を備える、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記内部接点は前記電解液に対して比較的高い電気化学活性を有する第1の物質を備え、前記防食機能部は前記電解液に対して前記第1の物質より比較的低い電気化学活性を有する第2の物質の保護層を備え、前記保護層は前記第1の物質と前記電解液との間の接触を防止するように配置される、請求項7の装置。
- 前記保護層はシーラントの層を備える、請求項8の装置。
- 前記保護層は、第1の物質の表面に配置された金属層を備える、請求項8の装置。
- 前記保護層は、前記第1の物質の表面に配置された金属層と、前記金属層に配置されたシーラント層と、を備える、請求項8の装置。
- 前記金属層において、少なくとも前記内部接点の一部を被覆し、前記シーラント層によって固定された金属シムを備える、請求項11の装置。
- 前記本体の内表面は、前記防食機能部の少なくとも一部を受容するように構成された凹設部を備える、請求項7〜12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記正極又は負極リードの一部は、前記防食機能部を貫通して延びて前記内部接点のうちの1つに接続する、請求項7〜13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記防食機能部はアルミニウム金属層を備える、請求項7〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記防食機能部はエポキシシーラントを備える、請求項7〜15のいずれか1項に記載の装置。
- 前記電解液及び前記エネルギー貯蔵セルと前記空胴の表面との接触を防止するように構成された、前記エネルギー貯蔵セル及び前記電解液を囲む電気絶縁性エンベロープバリアを更に備える、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記リードは前記エネルギー貯蔵セルから前記内部接点まで前記バリアを貫通して延びる、請求項17の装置。
- 前記バリアは、前記リードに加熱封止されて、前記バリアエンベロープ内からの電解液の漏れを防止する、請求項18の装置。
- 前記本体は、プリント回路基板上に表面実装するために構成されたチップであり、ここでは、そのように実装された時、前記チップは、前記プリント回路基板の主面から上に約5.0mm以下だけ延びる、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記本体は、プリント回路基板上に表面実装するために構成されたチップであり、ここでは、そのように実装された時、前記チップは、前記プリント回路基板の主面から上に約4.0mm以下だけ延びる、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記本体は、プリント回路基板上に表面実装するために構成されたチップであり、ここでは、そのように実装された時、前記チップは、前記プリント回路基板の主面から上に約3.0mm以下だけ延びる、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも2.0Vの動作電圧を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも2.1Vの動作電圧を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも2.5Vの動作電圧を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも3.0Vの動作電圧を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも300mFのキャパシタンスを有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも400mFのキャパシタンスを有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも4.0J/ccのエネルギー密度を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも15W/ccのピークパワー密度を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも20W/ccのピークパワー密度を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも22W/ccのピークパワー密度を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 500mΩ以下の等価直列抵抗を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 400mΩ以下の等価直列抵抗を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 300mΩ以下の等価直列抵抗を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 30%未満のキャパシタンス劣化及び100%未満の等価直列抵抗増加を示しつつ、少なくとも2.0Vの動作電圧及び少なくとも65°Cの動作温度で、少なくとも2,000時間の動作寿命を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 30%未満のキャパシタンス劣化及び100%未満の等価直列抵抗増加を示しつつ、少なくとも2.0Vの動作電圧及び少なくとも85°Cの動作温度で、少なくとも2,000時間の動作寿命を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 30%未満のキャパシタンス劣化及び100%未満の等価直列抵抗増加を示しつつ、少なくとも2.0Vの動作電圧及び少なくとも100°Cの動作温度で、少なくとも2,000時間の動作寿命を有する、いずれかの前記請求項の装置。
- 少なくとも200°Cのピーク温度で、少なくとも30秒の少なくとも1回の温度サイクルを有するリフロー処理を使用して、前記装置をプリント回路基板にはんだ付けした後に、前記動作寿命が発生する、請求項36〜38のいずれか1項の装置。
- 少なくとも200°Cのピーク温度で、少なくともそれぞれが30秒の少なくとも4回の温度サイクルを有するリフロー処理を使用して、前記装置をプリント回路基板にはんだ付けした後に、前記動作寿命が発生する、請求項35のいずれか1項の装置。
- 前記エネルギー貯蔵セルは、前記回路基板に搭載された少なくとも1つの追加要素にバックアップ電力を提供する、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記電解液はイオン性液体を含む、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記電解液は更に塩を含む、請求項42の装置。
- 前記電解液は更に溶媒を含む、請求項42又は請求項43の装置。
- 前記ハウジング本体は気密に密閉される、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記エネルギー貯蔵セルを収納している前記ハウジング本体の前記空胴内では、ハロゲン化物イオンの総濃度は約1,000ppmを下回るように保持される、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記エネルギー貯蔵セルを収納している前記ハウジング本体の前記空胴内では、金属種不純物は約1,000ppmを下回るように保持される、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記エネルギー貯蔵セルを収納している前記ハウジング本体の前記空胴内では、ブロモエタン、塩化エチル、1−ブロモブタン、1−クロロブタン、1−メチルイミダゾール、酢酸エチル、及び塩化メチレン、の不純物は、約1,000ppmを下回るように保持される、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記エネルギー貯蔵セルを収納している前記ハウジング本体の前記空胴内では、水分は約100ppmを下回るように保持される、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記エネルギー貯蔵セルを収納している前記ハウジング本体の前記空胴内では、ハロゲン化物不純物は約200ppmを下回るように保持される、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記装置は、前記密封されたハウジング本体に収納された単一のエネルギー貯蔵セルを備える、いずれかの前記請求項の装置。
- 2.1Vの動作電圧で少なくとも65°Cの動作温度を有している、いずれかの前記請求項の装置。
- 2.1Vの動作電圧で少なくとも85°Cの動作温度を有している、いずれかの前記請求項の装置。
- 2.1Vの動作電圧で少なくとも100°Cの動作温度を有している、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記電解液は、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウム、1、2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム、1、3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウム、1、3−ジエトキシイミダゾリウム、1−ブチル−1−メチルピペリジニウム、1−ブチル−2、3−ジメチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−4−メチルピリジニウム、1−ブチルピリジニウム、1−デシル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、3−メチル−1−プロピルピリジニウム、及び1−ブチル−1−メチルピロリジニウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、からなるリストから選択されたカチオンを含む、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記電解液は、ビス(トリフルオロメタンスルフォナート)イミド、トリス(トリフルオロメタンスルフォナート)メチド、ジシアナミド、テトラフルオロボラート、ヘキサフルオロホスファート、トリフルオロメタンスルフォナート、ビス(ペンタフルオロエタンスルフォナート)イミド、チオシアナート、トリフルオロ(トリフルオロメチル)ボラート、スピロ−(1、1’)−ビピロリジニウムテトラフルオロボラート塩、他の潜在的な塩であるテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、及びそれらの組合せ、同様に適切と認められるような他の等価物からなるリストから選択されたアニオンを含む、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記電解液は、アセトニトリル、アミド、ベンゾニトリル、ブチロラクトン、環状エーテル、炭酸ジブチル、炭酸ジエチル、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、炭酸ジメチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホン、ジオキサン、ジオキソラン、ギ酸エチル、炭酸エチレン、炭酸エチルメチル、ラクトン、鎖状エーテル、ギ酸メチル、プロピオン酸メチル、メチルテトラヒドロフラン、ニトリル、ニトロベンゼン、ニトロメタン、n−メチルピロリドン、炭酸プロピレン、スルフォラン、スルホン、テトラヒドロフラン、テトラメチレンスルフォン、チオフェン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、ニトリル、トリシアノヘキサン、ブチロニトリル、炭酸エチレン、及びメチレンジクロリド、からなるリストから選択された溶媒を含む、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記電解液はゲルを含む、いずれかの前記請求項の装置。
- 電解液は固体電解質を含む、いずれかの前記請求項の装置。
- 前記スタックは、前記電解液内のカチオン及びアニオンの相対的サイズに基づいて前記スタックを質量の釣り合いを促進するように構成された不等数の正極層及び負極層を含む、いずれかの前記請求項の装置。
- はんだリフロー処理を使用してプリント回路基板上に搭載するのに適するエネルギー貯蔵装置を作成するための方法であって、
交互の電極層及び電気絶縁性セパレーター層のスタックを含む電気二重層キャパシタ(EDLC)エネルギー貯蔵セルを形成すること、
前記本体内部に配置された正極内部接点及び負極内部接点を含むハウジング本体内に、前記エネルギー貯蔵セルを配置すること、
前記本体に少なくとも部分的に電解液を充填して前記電極層を湿らせること、
正極リードを1つ以上の前記電極層の第1グループから前記正極内部接点に電気的に接続すること、
負極リードを1つ以上の前記電極層の第2グループから前記負極内部接点に電気的に接続すること、及び
前記エネルギー貯蔵セルが内部に配置された前記ハウジング本体を密閉すること、
を備える方法。 - 前記ハウジング本体を密閉することは前記ハウジング本体を気密に密閉することを備える、請求項61の方法。
- プリント回路基板上に搭載されたデバイスにエネルギーを提供する方法であって、
はんだリフロー処理を使用して、前記プリント回路基板に、請求項1〜60のうちのいずれか1項に記載された装置を搭載すること、及び
動作電圧と動作温度で前記装置を繰り返し充放電させてエネルギーをデバイスに提供すること、を備え
前記動作電圧は少なくとも2Vであり、また、前記動作温度は少なくとも65°Cである、方法。 - 前記動作温度は少なくとも85°Cである、請求項63の方法。
- 前記装置が30%未満のキャパシタンス劣化及び100%未満の等価直列抵抗増加を示している間、少なくとも2,000時間、動作電圧及び動作温度で前記装置を繰り返し充放電させてエネルギーをデバイスに提供することを備える、請求項63〜64のいずれかの方法。
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