电化学能量存储器件及其制造方法技术

提供了一种超薄电化学能量存储器件，其利用了具有多层集流体的电极材料，并且电极之间有一有机电解质。多个电池可能被排列成多层堆叠方式，并且所有的电池可能是串联、并联或串并联组合。此能量存储器件可以被构造为厚度低于0.5mm，并且具有极低的ESR和较高的工作温度范围。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】优先权声明本申请要求此前提交的标题为“ORGANIC ELECTROLYTE CAPACITORS(有机电解质电容器)”、申请号为USSN 62/018，739且申请日为2014年6月30日的美国临时专利申请的优先权，并且为了所有目的，该美国临时专利申请以引用的方式结合于此。
本公开的技术通常涉及存储与释放电能的电化学系统及相关方法。特别是，本公开的技术涉及具有极低等效串联电阻(ESR，equivalent series resistance)(和相应的低电阻率)、具有高温操作能力并具有超薄构造的有机电解质电容器器件的构造，以提供专门的超级电容器能量存储器件性能。
技术介绍
本公开的主题通常涉及电化学能量存储器件及制造方法。本公开的主题特别涉及电子电路中使用的电化学系统，例如，电容器和/或电池。本公开的主题更特别涉及具有有机溶液电解质材料的电化学系统。进一步说，本公开的主题部分涉及对电化学系统中多个单电池形成电池组件的改进设计。特别是，单个电池可以分别互相连接而形成一个电池组(在一个电池壳或者多个电池壳中)，电池组连接起来形成了电池组件。并且，本公开的主题在实现电池间或电池组间串联、并联或串并联组合，以及实现电池或连接电容器的电池或在单个综合产品中的电容器的混合包装上更具功能性。各种电子器件都变得越来越便捷，提供越来越多的功能，从而需要这些器件在提供这些功能的特征与组件上的相关进步。通常，一种电子器件在大小和功能两方面的限制因素是它的组件的体积和重量，尤其是相关能量存储组件的体积和重量。电子产品微型化的突出进步也带来了将不同组件融入一个器件来节省空间和重量的结果。用于便携式电子产品典型的主要能量来源包括电化学电池和/或电化学电容器。正如其它器件或组件那样，能量存储组件的一个限制方面就是电化学系统的包装和随之产生的系统的大小。从性能的角度来说，其它影响或限制特定结构在特定器件中的使用的因素是组件可实现功能的温度范围，以及组件所涉及相关电路的等效串联电阻(ESR)。因此，理想的情况是提供一种包含使用有机电解质的电化学电容器的超薄能量存储组件。同样理想的情况是提供这样的一种电化学能量存储组件用于单个电子器件中，且其中的电池是凭借组件的结构串联、并联或串并联组合。另外，提供这样的一种具有改进的极低ESR(和相应的极低电阻率)和扩大有效工作温度范围的器件也是理想的。在电容器器件的各种实现方式和相关组件和结构方法不断发展的同时，并没有如以下所提出的主题技术一样能普遍包括所有预想特征的设计曾经出现。
技术实现思路
本公开的主题认识到并提出了前述和其它关于电化学能量存储组件的设计和制作方法的限制和障碍。因此，广义上说，本公开技术的某个实施方案的目的就是提供特定的电容器组件和配备有有机电解质电容器的组件的设计改进。其它目的，广义上讲，涉及提供一种改进的超薄电化学能量存储组件，这些组件通过串联、并联或串并联组合连接，以及改进制作这种组件的方法。因此，本公开主题的一个原则性目的是提供一种改进的电化学电容器。本公开主题的另一个更具体的目标是提供具有很低(或极低)等效串联电阻(ESR)(和相应极低电阻率)的电化学电容器器件。本公开主题的进一步目标是提供一种超薄电化学电容器器件。在此背景下，本公开主题更具体的目标就是提供一种电化学能量存储器件，凭借其结构辅助配置多样连接电池进行串联、并联或串并联组合，以此实现不同的电容和/或电压。本公开主题的另一个目的是提供一种能有效制造的超薄电化学能量存储组件。本公开主题的另一个目的是提供一种具有有效扩大运行温度范围的电化学能量存储组件。本公开主题的另一个目的是提供一种改进的能有效制造的电化学能量存储组件，其在制造过程中极大的减少暴露于潮湿中，从而生产出在热暴露中具有良好空间稳定性的τ?: 口广PR ο本公开主题的另一个目的是提供一种有效包含低ESR脉冲超级电容器，或者改进的低ESR的电化学双层电容器(EDLC)的电化学能量存储组件。根据本公开主题的一个示范性实施例涉及一种超薄电化学能量存储器件。这样的器件优选包含一对独立的具有电解质的内电极；位于所述独立电极之间的隔离层；一对独立的集流体，每个所述的集流体分别位于每个所述的电极之外；围绕所述集流体的壳，并且该壳具有一对独立端子分别与所述集流体连接。优选的，壳的厚度小于0.5_。在一些前述的变形中，这样的壳的含湿量可以不超过lOppm。在一些类似的替代方案中，这样的电解质可含有一种有机电解质，而有些这样的电解质至少包含一些碳酸丙烯酯。在其它可代替的实施例中，这样的壳含湿量可以不超过lOppm。并且，器件的电极区电阻率不超过1.5Ω.cm2，并且工作温度范围在-40 °C到70°C。另一些示范性实施例的配置中，多个所述器件通过多种堆叠方式排列成多个电池，该多种堆叠方式可能是串联、并联或串并联组合。还有一些选择性的示范性实施例的配置中，器件可能包括被所述壳围绕的多个内电极对、隔离层和集流体对，并且这样的壳的厚度可为0.5mm到5.0_。对于其他本公开的示范性超薄电化学存储器件的实施例，这样的电解质包括一种有机电解质；并且这样的器件可包括电化学双层电容器?DLC)，其活性电极体的电容密度至少为约10 Farads/cc。还有其他本公开的超薄电化学存储器件的可替代的实施例中，这样的电解质的沸点超过200°C;这样的壳还可包含热稳定密封材料；这样的电容器的半额定电压工作温度范围上限达到90°C。或者，这样的有机电解质可能至少包含一些碳酸丙烯酯；并且这样的壳可能的大小为50mm长，40mm宽，0.5mm厚，并且可以在高达105°C的存储温度下保持尺寸稳定性，同时保持低至150mΩ的ESR。另外一个本公开的示范性实施例中，一个超薄、超低ESR的超级电容器优选包含了一对独立的具有有机电解质的内电极；位于所述独立电极之间的超薄隔离层；一对独立的多层集流体，每个所述的集流体分别位于每个所述的电极之外；以及围绕所述集流体的壳，并且所述壳具有一对独立端子分别与所述集流体连接。另外，壳的厚度小于0.5mm，含湿量不超过lOppm，并且这样的超级电容器的电极区电阻率不超过1.5Ω.cm2，活性电极体电容密度至少为约10 Farads/cc，并且工作温度范围在_40°C到70°C。在本公开的一个超级电容器的示范性实施例中，这样的超级电容器可能包括碳碳双层电容器，额定电压为4.2V，半额定电压工作温度范围为-40 °C至90 °C。在另一个变形中，这样的有机电解质可以至少包含一些碳酸丙烯酯。可选的，一些这样的超级电容器可能通过多重堆叠方式排列成多个电池。在这样的一些例子中，多个电池的堆叠方式是串联、并联或串并联组合。在这个示范性超级电容器的其他变形中，这样的器件可包含被所述壳围绕的多个内电极对、分隔层和集流体对，这些壳的厚度可在0.5mm至5.0mm之间。 在本公开的超级电容器的示范性实施例的另一些变形中，这样的电解质的沸点超过200°C ;这样的壳还可包含热稳定密封材料；这样的电容器的半额定电压运行温度范围上限达到90°C。此外，这样的壳可能的大小为50mm长，40mm宽，0.5mm厚，并且可以在高达105°C的存储温度下保持尺寸稳定性，同时保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄电化学能量存储器件，包括：一对独立的具有电解质的内电极；隔离层，位于所述独立的内电极之间；一对独立的集流体，所述集流体的每一个分别位于每个所述电极之外；以及壳，围绕所述集流体，并且具有一对独立的端子分别与所述集流体连接；其中所述壳的厚度低于0.5mm。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·拉沃尔，C·L·埃格丁，B·克诺普斯奈德，
申请(专利权)人：阿维科斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US