TW569257B - Electric double layer capacitor of low ESR value and a method of fabricating same with low percent defective - Google Patents

Description

569257 五、發明說明（1) [發明背景] [發明領域] 本發明係有關於一種電解質電容器，且特別有關於一 種具有低等效串聯電阻值之電子雙層電容器及其製造方 法。 [習知技術說明] 近來電子雙層電容器頗受矚目。許多人致力於發展更 小尺寸但高容量之電子雙層電容器，以與汽車電池馬達用 的鉛儲存電池結合或與備用電源用的太陽能電池結合。 如曰本實用新型專利公開號6 1 ( 1 986 )- 1 1 7238所揭露 之電子雙層電容器係由複數電容單元所堆疊之層狀結構組 成。如第1 A圖所示，每個習知的電容單元係由一對分別固 者於集極1 2 a、1 2 b之極化糊狀電極11 a、11 b所組成。極 化糊狀電極11 a、11 b分別形成電容單元之上部及下部。 由於極化糊狀電極1 la、1 lb之邊緣與集極12a、12b之外圍 有偏差，故梯狀部3 4 a、3 4 b形成於集極1 2 a、1 2 b之外圍。 為了隔離極化電極1 1 a、1 1 b，提供一種多孔材質且較極化 電極11a、lib稍大之隔離器1〇，以作為可滲透離子之構 件。為避免電解質漏出，需在單元之上部與下部間提供密 封的接觸面。習知方法係將襯墊丨3a、丨3b分別裝至梯狀外 緣，使得隔離器10位於襯墊l3a、l3b之内緣，並在高溫下 對單元結構以相對方向進行施壓。在高溫與加壓狀況下， 如第1B圖所示，襯墊13a、13b變得柔軟並且彼此熱結合在

569257 五 發明說明（2) 一起。在此過程中，襯墊13a、13b會變形並向外膨脹。為 達到必要的密封效果’襯墊13a、13b必須充分地結合在一 起並冷卻成硬塊。然而，若需在較低壓力下達成此目標， 此單元之梯狀部之尺寸必須可讓襯墊充分地向外膨脹，且 每個襯墊的厚度必須比極化電極來得大。因此’隔離器1〇 與每個極化電極間的隔離會增加，且此單元之等效串聯電 阻值（ESR )亦會隨之增加。利用厚襯墊及施加較高的壓力 便可避免此種狀況。然而，在充分地熱結合前，此單元 的電解質仍會透過襯墊漏出，而導致缺陷比率增加。因 此，等效串聯電阻值與缺陷比率會彼此抵觸。習知的 雙層電容器無法同時滿足上述這些重要因素。 丁 [發明概述] 根據本發明之上 電子雙層電容器之製 一第一極化電極貼至 於該第一集極之外圍 部，以形成此單元之 一第二極化電極貼至 於該第二集極之外圍 部’以形成此單元之 離器之外圍並將該隔 間；以及在一高溫下 得該第一及第二襯塾 述與其他目 造方法包括 一第一集極 ，並將一第 一第一半部 一第二集極 ’並將一第 一第二半部 離裔置於此 對此單元之 與該第三襯 的，本發明之第 :藉由將已注入 ，使得一第一梯 一襯墊貼至該第 ;藉由將已注 ，使得一第二 二襯墊貼至該 早元之該第一及 該第一及第二半 墊熱結合在一起 一形態的 電解質之 狀部形成 一梯狀 電解質之 狀部形成 一梯狀 貼至一隔 第二半部 部施壓使 2161-4706-PF(N);Ahddub.ptd 第6頁 569257 五、發明說明（3) 的電容單元 電極，已注 本發明之第二形悲 極；一第一及第二極化 第一及第二集極，使得該第一及第 第一及第二集極之外圍；一隔離器 極化電極；以及一第 二梯狀部；以 一及第二襯墊 本發明之 容組成單元， 及一第三 與該第三 第三形態 堆疊成層 及第二襯塾 槪塾’貼至 襯墊熱結合 的電子雙層 狀結構；各 括：一第一及第二集極；一第 電解質並各自 梯狀部各自形 配置於該第一 自貼至該第一 離器之外圍， 起。 及 一及第二集 一及第二集 化電極；_ 狀部；以及 貼至該第 成於該第 及第二極 及第二梯 該第一及第二襯墊與 包括：一第一及第二集 入電解質並各自貼至該 二梯狀部各自形成於該 ，配置於該第_及第二 ，各自貼至該第一及第 5亥隔離器之外圍，該第 在~起。 電容器，包括：複數電 戎電容組成單元，包 第二極化電極，已注入 極，使得該第一及第二 極之外圍；一隔離器， 第及第二襯塾，各 :第三襯墊’貼至該隔 以第三襯墊熱結合在— [較佳實施例之詳細說明] 請參閱第2圖，根據本發明第一每p 谷器包括複數電容組成單元2 〇 只&例’電子雙層電 構。每個組成單元具有—堆疊所形成之多層結 下、上集極接觸。在層狀結構的f、’各與相鄰組成單元之 線22a、22b的上、下傳導構件2 集極，提供具有導 便在8 5 °C下加熱二小時 。接著，整個結構 時使其能穩固地結合

2161-4706-PF(N);Ahddub.ptd 第7頁 569257 —1 mm 五、發明說明（4) 後的結構被裝進氣密包裝箱2 3。利用可變形材質 =器、23b來覆蓋結合後的結構，便可形成氣密包裝 個氣密包裝箱23係由内部紹膜與外部隔離膜所組 成的涛板，其材質例如是低於氣壓下的烯烴族樹脂 (olefln-group resin)。熱量會施於包裝箱23的外部邊緣 24使其能穩固地結合在一起，而内部堆疊的組成單元在相 對2外部氣壓的負壓環境下會密封住，使得包裝箱23在使 用時會承受固定的外部壓力。 以下將描述本發明每個電容組成單元2〇之製造過程。 請參閱第3A、3B圖。 又 如第3A圖所示，電容組成單元20被分成相同結構的 上、下二半部。此單元的上半部係由極化（糊狀）電極3】a 與集極3 2 a所組成。因極化電極3 1 a之外圍偏離集極3 2 a之 外圍’故形成梯狀外圍部。襯墊3 3 a與梯狀外圍部貼合。 為了密封住此單元之内部，襯墊33a之厚度需稍微大於極 化糊狀電極31a之厚度。 同樣地，如第3A圖所示，此單元之下半部係由極化 (糊狀）電極31b與集極32b所組成。因極化電極3 lb之外圍 偏離集極32b之外圍，故形成梯狀外圍部。襯墊33b與梯狀 外圍部貼合。襯塾3 3 b之厚度需稍微大於極化糊狀電極3 1 b 之厚度。 因此’襯墊33a有一部份從隔離器30之外圍側壁向内 延伸並環繞極化電極3 la之外圍側壁，而襯墊33b有一部份 從隔離器3 0之外圍側壁向内延伸並環繞極化電極3丨b之外

2161-4706-PF(N);Ahddub.ptd 第8頁 569257 五、發明說明（5) 圍側壁。 集極32a、3 2b係由烯烴族樹脂所形成的傳導膜，例 如乙烯-苯乙烯-丁烯（ethyiene-styrene-butylene)交叉 結合的聚合物，其中的粉狀碳會被驅散。舉例來說，極化 電極3 1 a、3 1 b可由活性碳粉及混於溶劑之黏著劑所組成。 藉由使用印刷過程，混合物會黏著於每個集極3 2 a、 3 2b ’如此便能形成外形是3 cm χ 3 cm的矩形且厚度為5 〇 um。在接著的烘乾過程中，將溶劑從混合物中移除。而電 解質（硫酸溶液）便被射入極化電極31a、31b。 藉由隔離器30可使此單元的上、下半部彼此隔離，隔 離器30可為25 um厚且為非傳導離子可穿透的多孔膜材 質，例如聚丙烯樹脂。隔離器3〇的尺寸稍微大於極化電極 31a、31b。因此，襯墊33a、33b的内邊緣部便與隔離器3〇 的外圍接觸。隔離器30的外圍與具有相同厚度的襯墊33c 貼合。襯墊33a、33b、34係由相同的熱塑性樹脂所組成， 以作為集極32a、32b的基礎材質。最好使用聚烯烴族樹脂 (polyolefin-group resin ，可見光可穿透），因為在製 造期間它可偵測到電解質的洩漏。襯墊33a、33b、34的外 邊緣彼此垂直排成一列。 當隔離器與所有襯墊配置成第3 A圖的狀態時，電容組 成單元20是被置於低壓室内。當此單元在12〇〇c下受熱1〇 秒鐘’集極32a、32b彼此間會受到〇· 〇〇3 pa的壓力。因 此，襯墊3 3 a、3 3 b彼此互相擠壓而熔斷中間襯墊3 3 c。故 襯墊33a、33b、33c便熱結合在一起。由於是相同的熱塑

2161-4706-PF(N);Ahddub.ptd 第9頁 569257 五、發明說明（6) 性材質，當此單元冷卻後，他們會硬化成單一元件。 在施壓時，由於不需讓襯墊大幅度地向外膨脹，極化 電極31a、31b能相當地接近隔離器30。如第3B圖所示，三 層襯墊的密封配置呈現一致的低等效串聯電阻值，同時能 避免射入的電解質洩漏至外界。 第4圖顯示本發明與習知技術比較的實驗結果，並決 疋在、封後的較佳厚度值。如弟5 A、5 B圖所示，分別對本發 明及習知技術提供A u m厚的隔離器、c u m厚的極化電極及 複數概塾也、封後的厚度B。如第5 A圖所示，厚度b相當於熱 結合襯塾33a、33b、33c後整個厚度的1/2。第4圖亦顯示d =B - C及D/A的值。每一列代表1〇〇個組成單元的測試實 驗結果。如第6圖所示，本發明的缺陷比率實質上維持在 低比例狀態且與D / A值無關。就等效串聯電阻值而言，ρ / a 值最好在0 · 2與0 · 6之間。此外’對於])/ a值小於〇 · 2的狀 況，襯墊之間以及襯墊與集極間的密封接觸會低於可接受 的程度’且對於D/A值大於〇·6時，等效串聯電阻值便不 適合使用。另一方面，習知技術在低D/A值的範圍内，雖 然在此範圍内等效串聯電阻值較低且令人滿意，但缺陷比 率會相當地高。 在第7圖所示的另一較佳實施例中，可能的短路也許 會發生在集極32a、32b，藉由在垂直方向將相對於每個集 極厚度的襯墊33a、33b延伸一部份4〇a、4〇b便可避免短 路。延伸部40a、40b各自有梯狀部41 a、41b形成於内部外 圍，集極32a、32b便緊貼住相對應槻墊的梯狀部。如此一

569257 五、發明說明（7) 來，每個集極3 2 a、3 2 b的外圍側壁便完全圍繞相對應的隔 離襯墊33。當組成單元被氣密於包裝箱内時，此種配置可 減少集極32a、32b的邊緣部在受壓下彼此接觸的可能性。 如上所述，包裝箱2 3是由可變形的薄板所形成，最好 以鋼板的外箱來強化。如第8、9圖所示，外箱5 1係由上、 下容器51a、51b所組成，二者各自形成肋狀物52a、52b以 強化相對於密封組成單元之襯墊33的電容部。因為外在衝 擊常會導致集極間的短路，此肋狀物結構可避免内部結構 的襯墊因外在衝擊而斷裂。 外箱51可使内部包箱的容器5 0 a、5Ob形成較前一實施 例更有彈性的熱塑性材質。所需的負内壓可較易 效串聯電阻值。 寺 器 緊 住 另外，若壓 的等效串聯電 夾住容器可使 縮外箱5 1的容 阻值將可進一 内部組成單元 器 5 1 a、5 1 b， 步減少。藉由 在定壓下沿著 電子雙層電容 複數爪子5 3緊 厚度方向支撐 離材㈣如聚乙屬Λ(如sus 304不物及β 彎壓可使此種薄板形f成本所尼龍)的合成薄板。利 外部。 形成所需的形狀’進而使得隔離臈面 雖然本發明p 、 限定太硌明乂 車父佳實施例揭露如上，麸复卄 神和範圍内，當可作盥=二者，在不脫離本發明之 當視後附之申請專=f潤飾，因此本發明之保1 f 月寻利I已圍所界定者為準。 1卡》蒦祀

569257 圖式簡單說明 _ 第1A、1B圖係習知電容組成單元二 起時的剖面圖； 塾熱結合在一 圖係本發明電子雙層電容器的剖面圖· =、3B圖係本發明電容組成單元在連制 剖面圖， 、衣造階段的 ^圖係本發明與習知技術之操作特性 用 弟、5B圖各為部分本發明與習知技術的乂'^， 以說明第4圖所使用的代號； τ的剖面圖 第6圖係本發明與習知技術之比較圖； 圖係本發明修改過之電子雙層電容器的 圖係本發明另一修改過之電 ^ , 圖；以及 丁艾尽电谷裔的平面 第9圖係沿著第8圖之g — 9線的剖面圖。 [符號說明] 10〜隔離器； 2 1 a、2 1 b〜傳導構件； 2 3〜包裝箱； 24〜外部邊緣； 4 0 a、4 0 b〜延伸部； 2 0〜電容組成單元； 22a、22b〜導線； 23a、23b〜半容器； 3 4 a、3 4 b〜梯狀部； 52a、52b〜肋狀物； 集極，5 1〜外箱； 容器；5 3〜爪子； 34〜襯塾； 極化糊狀電極。 12a 、 12b 、 32a 、 32b〜 5〇a 、 50b 、 51a 、 51b〜 13a 、 13b 、 33a 、 33b 11a 、 lib 、 31a 、 31b〜

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Claims (1)

1. 569257 六、申請專利範圍 1. 一種製造電子雙層電容之組成單元之方法，包括下 列步驟： a) 藉由將已注入電解質之一第一極化電極貼至一第一 集極，使得一第一梯狀部形成於該第一集極之外圍，並將 一第一襯墊貼至該第一梯狀部，以形成此單元之一第一半 部； b) 藉由將已注入電解質之一第二極化電極貼至一第二 集極，使得一第二梯狀部形成於該第二集極之外圍，並將 一第二襯墊貼至該第二梯狀部，以形成此單元之一第二半 部； c) 將一第三襯墊貼至一隔離器之外圍並將該隔離器置 於此單元之該第一及第二半部間；以及 d) 在一高溫下對此單元之該第一及第二半部施壓使得 該第一及第二襯墊與該第三襯墊熱結合在一起。 2. —種電容單元，包括： 一第一及第二集極； 一第一及第二極化電極，已注入電解質並各自貼至該 第一及第二集極，使得該第一及第二梯狀部各自形成於該 第一及第二集極之外圍； 一隔離器，配置於該第一及第二極化電極；以及 一第一及第二襯墊，各自貼至該第一及第二梯狀部； 以及一第三襯墊，貼至該隔離器之外圍，該第一及第二襯 墊與該第三襯墊熱結合在一起。 3. 如申請專利範圍第2項所述之電容單元，其中該第

   2161-4706-PF(N);Ahddub.ptd 第13頁 569257 六、申請專利範圍 一襯墊具 呑亥第一極 該隔離器 圍側壁。 有一部分從該隔離器之外圍側壁向内延伸並環繞 化電極之外圍側壁，且該第二襯墊具有一部分從 之外圍側壁向内延伸並環繞該第二極化電極之外 4 ·如申請專 一襯墊之 之一部分 5.如 一部分 環繞該 申請專 合之第一、第二 該隔離器厚度值 6. —種電子 複數電容組 各該電容組 一第 一第 第一及第 及第 及第 極 利範圍第2項所述之電容單元，其中該第 環繞該第一集極之外圍側壁且該第二襯墊 第二集極之外圍側壁。 利範圍第2項所述之電容單元，其中熱結 及第三襯墊之1/2厚度值與該極化電極及 比的差值比在0· 2至〇· 6間。 雙層電容器，包括： 成單元，堆疊成層狀結構， 成單元包括： 二集極； 二極化電極，已注入電解質並各自貼至該 ，使得該第一及第二梯狀部各自形成於該 第一及第 一隔 一第一及第 以及一第三概墊 墊與該第三襯墊 7.如申請專 集 極化電極；以及 離器 配置於該第一及第 二襯墊，各自貼炱該第一及第二梯狀部； ,貼至該隔離器之外圍，該第一及第二襯 熱結合在一起。 利範圍第6項所述之電子雙層電容器，其 中該第一襯墊具有一部分從該隔離器之外圍側壁向内延伸 並環繞該第一極 化電極之外園側壁，且該第二襯墊具有一

   2161-4706-PF(N);Ahddub.ptd 第14頁 569257 六、申請專利範圍 一 =分從該隔離器之外圍側第二極化電 極之外圍側壁。 之向鬥 ^ =申請專利範圍第6項所述之電子雙層電容器，其 一 μ，襯墊之一部分環繞該第一集極之外圍側壁且該第 襯之σ卩分裱繞該第二集極之外圍側壁。 * 如申睛專利範圍第6項所述之電子雙層電容器，其 …、結合之第一、第二及第三襯墊之1/2厚度值與該極化 電極及該隔離器厚度值比的差值比在0· 2至0· 6間。 10 ·如申請專利範圍第e項所述之電子雙層電容器，更 包括： 一 一第一傳導構件，固合於該層狀結構之一最高組成單 元之一集極； 一第一傳導構件，貼合於該層狀結構之一最低組成單 元之一集極； 第及第二導線’延伸自該第一及第二傳導構件· 以及 不 ， 一包裝箱，以該第一及第二傳導構件密封該層狀結 構，使得該第一及第二導線延伸至該包褒箱之外部。 11 ·如申請專利範圍第丨0項所述之電子雙層電容器， 其中該包裝箱係由一金屬膜及一隔離膜的薄板0所形成，該 金屬膜面對該包裝箱之内部而該隔離膜面對該包裝箱之2 部。 r 1 2 ·如申凊專利範圍第1 〇項所述之電子雙層電容器， 其中該包裝箱包括： S ° 2161-4706-PF(N);Ahddub.ptd 第15頁 569257 六、申請專利範圍 一内殼，由熱塑性材質組成；以及 一外殼，由一金屬膜組成。 1 3.如申請專利範圍第1 2項所述之電子雙層電容器， 其中至少該内殼及外殼的其中之一在相對於層狀結構之位 置處形成一肋狀物。 1 4.如申請專利範圍第1 2項所述之電子雙層電容器， 其中該外殼包括一第一及第二容器，其中之一形成有複數 爪子以提供與其他容器的緊握接觸。

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