[發(fā)明專利]雙層多卷繞元件超級電容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980111004.4
• 申請日: 2009-02-12
• 公開（公告）號: CN102099881A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·阿扎伊斯;O·科蒙;J-M·德蓬
• 申請（專利權(quán)）人: 巴茨卡普公司
• 主分類號: H01G4/38
• 分類號: H01G4/38;H01G9/048
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;靳強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級電容器的一般技術(shù)領(lǐng)域，即具有雙電化學(xué)層(double?electrochemical?layer)的電容器(或EDLC，“Electrochemical?Double?Layer?Capacitor，電化學(xué)雙層電容器”的縮寫)。

背景技術(shù)

超級電容器是一種可獲得介于電介質(zhì)電容器和電池之間的功率密度和中間能量密度的儲能裝置。其充電時(shí)間通常為幾秒鐘數(shù)量級。

超級電容器通常包括圓柱形卷繞元件，所述卷繞元件包括至少兩個(gè)電極。每個(gè)電極由炭黑和聚合物的活性炭(也被稱為“活性材料”)混合物制成。在所謂的擠壓步驟中，將導(dǎo)電膠沉積在用作集流體(current?collector)的鋁集電器(collector)上。兩個(gè)電極被多孔隔離物隔開，以免兩個(gè)電極之間短路。在所謂的注入步驟中，用電解質(zhì)填充超級電容器。該電解質(zhì)由溶解在溶劑中的鹽構(gòu)成，溶劑通常為乙腈。該鹽被分成兩種被稱為離子的帶電物質(zhì)(例如BF4^-和TEA⁺)。

電極的厚度典型為100μm。離子的大小為1/1000^thμm數(shù)量級，即比電極的厚度小100，000倍。活性炭(或活性材料)是極多孔的材料。

當(dāng)通過直流發(fā)電機(jī)在超級電容器的兩個(gè)電極間施加電壓時(shí)，離子在多孔結(jié)構(gòu)中移動(dòng)到離碳表面很近的位置。碳表面處存在的離子數(shù)量越多，電容越大。

超級電容器中儲存的能量的數(shù)量取決于兩個(gè)電極之間所施加的電壓以及超級電容器的總電容。

很多研究顯示，超級電容器的工作電壓越高，使用壽命越短，原因在于在超級電容器中產(chǎn)生大量的氣體。

這種氣體的產(chǎn)生與構(gòu)成電解質(zhì)的物質(zhì)的分解有關(guān)，該分解是超級電容器的電極之間所施加的電壓的函數(shù)。

例如，純乙腈的分解電壓為5.9V。

目前，超級電容器的電極上施加的參考電壓為2.7V(特別參見WO?9?815?962，其教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)限制超級電容器的電壓以免電解質(zhì)過多地退化)。

為了克服該缺陷，已知怎樣將幾個(gè)超級電容器彼此電連接以便形成模塊。這可以增大模塊上所施加的電壓。

為了電連接兩個(gè)相鄰的超級電容器，使用包括兩個(gè)蓋子和連接條的連接裝置。

每個(gè)蓋子能夠蓋在各個(gè)超級電容器上從而例如通過錫焊電連接到超級電容器上。

每個(gè)蓋子還包括能夠與連接條的通孔接觸從而電連接兩個(gè)相鄰的超級電容器的連接端子。

但是，這種超級電容器存在缺陷。

特別地，通過連接條和兩個(gè)蓋子電連接的兩個(gè)超級電容器的體積和質(zhì)量非常大。

此外，用于連接兩個(gè)超級電容器的連接條和蓋子的購買和安裝所涉及的制造成本非常高。

并且，兩個(gè)電連接的超級電容器之間的串聯(lián)電阻Rs非常大，其中串聯(lián)電阻Rs相當(dāng)于電容器的電阻和連接裝置(連接條+蓋子+焊料)的電阻的總和。

本發(fā)明的總體目的是提出一種超級電容器，該超級電容器在參考電壓下的使用壽命得到延長。

本發(fā)明的另一目的是提出一種超級電容器，該超級電容器中的氣體產(chǎn)生受到限制。

本發(fā)明的另一目的是提出一種超級電容器，其能夠支持高于參考電壓的電壓，而不會(huì)發(fā)生任何退化。

發(fā)明內(nèi)容

為此目的，提供了一種超級電容器，包括：至少兩個(gè)電極和這兩個(gè)電極之間的至少一個(gè)隔離物，所述電極和所述隔離物被卷繞在一起，以便形成卷繞元件，所述超級電容器進(jìn)一步包括至少一個(gè)其他電極和至少一個(gè)其他隔離物，所述其他電極和所述其他隔離物圍繞所述卷繞元件被卷繞在一起，從而形成至少一個(gè)連續(xù)的卷繞元件，這些接連的卷繞元件(wound?element)被電絕緣空間隔開。

“復(fù)合體”表示集流體和至少一個(gè)電極的結(jié)合，所述集流體和所述電極具有共同的導(dǎo)電表面。

“接連的復(fù)合體”表示(在被卷繞以形成卷繞元件之前的)兩個(gè)共面的復(fù)合體，在其卷繞過程中被寬度為d的電絕緣空間隔開。

“共用復(fù)合體”表示復(fù)合體的任何電連續(xù)性的結(jié)合。

隔離物超出每個(gè)復(fù)合體的彼此相對的電極延伸，但不超出用作對外連接的復(fù)合體的集流體。

根據(jù)本發(fā)明的模塊具有下列優(yōu)選但非限制性的方面：

-所述超級電容器的電極是兩個(gè)接連的卷繞元件共用的。

-所述超級電容器進(jìn)一步包括至少一個(gè)第二其他電極，所述其他電極和所述其他隔離物圍繞所述卷繞元件被卷繞在一起，從而形成連續(xù)的卷繞元件，

-通過由至少一圈介電絕緣材料構(gòu)成的強(qiáng)化物形成所述電絕緣空間。