[發(fā)明專利]雙電層電容器及其制造方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010259097.X
• 申請(qǐng)日: 2010-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN102129917A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李相均;樸逸奎;韓承憲;盧貞恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三星電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01G9/155
• 分類號(hào): H01G9/155;H01G9/058
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 韓明星;李娜娜

本申請(qǐng)要求于2010年1月12日提交到韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的第10-2010-0002879號(hào)韓國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的公開通過引用包含與此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙電層電容器及其制造方法，更具體地說，涉及一種具有高能量存儲(chǔ)密度的允許浪涌電壓和工作電壓升高的雙電層電容器(EDLC)及其制造方法。

背景技術(shù)

雙電層電容器(EDLC)是一種能量存儲(chǔ)介質(zhì)，在EDLC中，陽極和陰極這兩個(gè)電極被設(shè)置為彼此面對(duì)并在陽極和陰極之間插入分隔件，從而能夠在電極的面對(duì)的表面上產(chǎn)生一對(duì)具有不同信號(hào)的電荷層(雙電層)。

EDLC主要用作各種用電裝置和電子裝置的輔助電源、IC備用電源等。近年來，EDLC已經(jīng)廣泛地用于包括玩具、工業(yè)電源、不間斷電源(UPS)、太陽能儲(chǔ)能器、HEV/EV補(bǔ)充電源等的應(yīng)用中。

通常通過將單元單體(cell)容納在殼體中并然后用電解質(zhì)填充殼體來制造EDLC。這里，通過交替地堆疊電極以及多片分隔件來構(gòu)成單元單體。

典型地，為了建立EDLC所需的合適的電壓和電容，將兩個(gè)或多個(gè)單元單體串聯(lián)和并聯(lián)連接來形成EDLC。

一對(duì)電極根據(jù)施加到其上的外部電信號(hào)而具有正極性(+)或負(fù)極性(-)。端子從所述一對(duì)電極延伸，外部電施加到所述端子。

在所述一對(duì)電極中，正(+)電荷和負(fù)(-)電荷被極化，因此，在單個(gè)單元單體中形成兩個(gè)電荷層(雙電層)。

然而，在傳統(tǒng)的單元單體中，浪涌電壓低(即，小于3.0V)，工作電壓也低(即，2.3V至2.7V)。因此，問題在于需要將兩個(gè)或多個(gè)單元單體串聯(lián)連接來建立能夠施加到電子產(chǎn)品的工作電壓。

EDLC通過使用活性炭電極而具有增大的面對(duì)的表面的面積(比表面積)，并通過使用電解質(zhì)而具有增大了的電容。增大電極的面對(duì)的表面的面積可增大電容。

此外，作為能夠快速充電/放電的儲(chǔ)能介質(zhì)的EDLC具有與電池的輸出特性相比的優(yōu)良的輸出特性，然而由于EDLC的電壓在放電的同時(shí)逐漸降低，所以每單元單體具有低的電壓。因此，EDLC的能量存儲(chǔ)密度比電池的能量存儲(chǔ)密度小。因此，EDLC已經(jīng)通常被用于電池的輸出的輔助電源，以及其他用電裝置和電子裝置的輔助電源。

大多數(shù)包括IC的電子產(chǎn)品和備用電源產(chǎn)品需要1.8V或更高(優(yōu)選地，3V至48V的寬電壓范圍)的工作電壓。因此，為了將EDLC用于這些產(chǎn)品，將兩個(gè)或多個(gè)單元單體串聯(lián)連接以提高工作電壓。

然而，在兩個(gè)或多個(gè)單元單體串聯(lián)連接以提高電容器的工作電壓的情況下，存在需要解決的單元單體之間不可避免地出現(xiàn)的平衡問題的另一問題。具體地說，考慮到單元單體的電容、串聯(lián)等效電阻(ESR)、漏電流等，需要諸如電阻器、二級(jí)管和另一IC的電壓平衡保護(hù)電路以使電容器的總工作電壓不集中到個(gè)單元單體。

同時(shí)，在能量存儲(chǔ)介質(zhì)中，使用唯一值來表示能夠存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)介質(zhì)中的能量的量。在電池的情況下，由于電池具有穩(wěn)定的電壓范圍，所以使用1AH(能夠供應(yīng)1A的電流使用1小時(shí)的儲(chǔ)存容量)來表示能量的量。

然而，在EDLC的情況下，使用法拉(F)。由于EDLC的電壓隨著放電同時(shí)變化，所以使用根據(jù)普通電容器的電容單位的符號(hào)F。此外，超高電容EDLC具有比有著mF、μF等的電容的普通電容器的電容高一千倍至一百萬倍的電容。然而，傳統(tǒng)的EDLC的工作電壓顯著低于如上所述的現(xiàn)有的電池或電容器的工作電壓。

以與電池和電容器相同的方式，作為與能量存儲(chǔ)相關(guān)的一條數(shù)據(jù)的能量存儲(chǔ)量可被考慮為即使在EDLC中對(duì)比較能量的量有用的良好的指標(biāo)?？赏ㄟ^下式獲得能量存儲(chǔ)量：

最大能量存儲(chǔ)量(J)＝1/2CV²

其中，C是每個(gè)單體的電容(F)，V是能施加到單體的電壓。

通過上面的等式，可見最大能量存儲(chǔ)量與電容成比例，而也與電壓的平方成比例。換言之，如果對(duì)相同的面積，電壓增大至兩倍，則最大能量存儲(chǔ)量增大至四倍。然而，如果電容增大至兩倍，則最大能量存儲(chǔ)量增大至兩倍。因此，可以考慮增大EDLC中可能的最大能量存儲(chǔ)量的值的最佳方式是增大電壓。

然而，如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，單元單體串聯(lián)地連接來增大工作電壓。這種方法的問題在于由于多個(gè)單元單體之間的電壓平衡因單元單體的電容、電容變化率、ESR、電阻變化率、漏電流和漏電流變化率的反復(fù)循環(huán)而被破壞，所以高電壓被施加到單元單體中的任一個(gè)。這導(dǎo)致電解質(zhì)被分解(電解質(zhì)在施加3.0V或更高的電壓時(shí)被分解)。這也導(dǎo)致內(nèi)阻增大、電容降低等。

發(fā)明內(nèi)容