卷绕式电容器制造技术

本发明专利技术提供了一种卷绕式电容器，其包括由挠性多层带形成的卷(coil)，以及位于卷的对接部的第一端接电极(第一接触层)和第二端接电极(第二接触层)。挠性多层带包含以下顺序的层：第一金属层、塑料层、第二金属层、储能材料层。第一金属层与第一端接电极(第一接触层)形成欧姆接触，第二金属层(第二接触层)与第二端接电极形成欧姆接触。

Winding capacitor

The invention provides a winding capacitor which includes a roll formed by a flexible multilayer band (coil), a first end electrode (first contact layer) and a second end electrode (second contact layer) located in the butt part of the roll. The flexible multi-layer strip comprises the following layers: the first metal layer, the plastic layer, the second metal layer, and the energy storage material layer. The first metal layer forms an ohmic contact with the first terminal electrode (first contact layer), and the second metal layer (second contact layer) forms ohmic contact with the second terminal electrode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】卷绕式电容器
技术介绍
具有高体积能量密度、高工作温度、低等效串联电阻(ESR)和长寿命的电容器是用于脉冲电源、汽车和工业电子产品的关键组件。电容器中的电介质材料的物理特性是决定电容器性能的主要因素。因此，电容器中的电介质材料的一个或多个物理性质的改善能够导致电容器组件的相应性能的改善，通常导致电子系统或组装于其中的产品的性能和寿命增强。由于电容器电介质的改进能够直接影响产品尺寸、产品可靠性和产品效率，所以这种改进具有很高的价值。电容器的电介质材料的某些改进可以被认为能够实现特定的技术应用。例如，具有高介电常数、高介电强度、低ESR和低介电损耗因数的电容器能够将高频或脉冲电源的应用减小到实用的尺寸。高温运行将大大简化下一代电动车。改进的电介质将使开关电源、功率调节器和滤波器的比功率和可靠性得到提高。提高能量密度将减少目前用于印刷电路板上的电容器器件的面积，减少用于油气井的功率调节系统、电源和井下工具的重量和尺寸。为了在保持所有其他物理和电特性的同时减小电容器的尺寸，必须增加电容器的介电常数或绝缘击穿强度。两者都是通过开发具有高电压击穿强度、高介电常数和低ESR损耗的新型薄挠性电介质来实现的。某些应用还需要稳定的介电常数，在温度超过150摄氏度时寿命不会减少。通常使用缠绕成圆柱形的金属化聚合物膜来制成高压非极性电容器。在传统的缠绕式电容器(woundcapacitor)中，电介质材料通常是聚合物膜。常见的聚合物电介质材料包括聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，也称为聚酯)、聚丙烯、聚苯乙烯和聚砜。基于聚合物电介质的箔电容器通常通过将聚合物和金属箔的交替片放置在叠层中并且将叠层卷成管状形状，或者在聚合物的一侧上沉积金属膜，然后将两个堆叠的金属化聚合物膜卷成管状形状。电线连接到每个金属箔。电介质材料以自支撑层的形式存在，其足够厚以维持必要的操作电压(通常至少3-6微米)。不幸的是，聚合物片材的厚度太大会降低能量储存密度。通常，由于聚合物材料的缺陷，这些电容器的介电常数会改变，并且在超过100-150℃的温度下寿命会缩短。或者，将涂覆有薄金属层(通常17-100纳米厚)的两个聚合物膜卷缠绕成管状以形成电容器。薄金属膜具有以下优点，即如果聚合物电介质在操作过程中破裂，则清除可能形成的任何短路。这能够延长电容器的使用寿命，并最大限度地减少电容器产生灾难性故障的可能性。因为薄膜的相对介电常数(也称为介电常数κ)相对较低，例如小于约5，因此常规的薄膜电容器不具有高能量密度。在现有技术中，作为电容器的介电材料而公开了非结晶SiO2、HfO2、其它金属氧化物、非结晶氧化物和氮化物例如SiO2/Si3N4的叠层。在现有技术中还公开了包含两侧涂覆有薄金属层的绝缘聚合物膜的挠性衬底、以及在膜上沉积非结晶氧化物和氧化物/氮化物层以生产可卷成圆柱形状的材料的工艺。在现有技术中，金属化膜电容器是公知的。这些电容器包括缠绕在一个芯上的两个紧密缠绕的薄片(sheet)。每个薄片包括电介质层和金属化层。金属化层不延伸到薄片的相对的端部而在每个薄片的相对侧上留下非金属化边缘。用导电金属喷涂由两个紧密卷绕的薄片形成的辊的端部，从而形成用于电容器的导电端子。以这种方式制造的电容器可以用于各种目的，这取决于诸如片材的类型、以及薄片的厚度和介电常数等因素。用于薄片的典型材料例如有定向聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。导电金属端子通常在真空镀膜机中形成，并且通常由铝、锌或其合金组成。
技术实现思路
本专利技术提供一种卷绕式电容器(coiledcapacitor)，其能够解决与某些储能器件相关的进一步增加储能体积和质量密度的问题，同时降低材料成本。本专利技术的一个方面包括被设计得取得以下效果的材料的应用，即1)高介电常数，2)允许高电压的高介电强度(也称为击穿场强EBD)，以及3)更少量的载体衬底。在一个方面，本专利技术提供一种卷绕式电容器，其包括由挠性多层带(flexiblemultilayeredtape)形成的卷盘(coil)、以及位于所述卷盘的对接部(butt)的第一端接电极(第一接触层)和第二端接电极(第二接触层)。挠性多层带包含以下顺序的层：第一金属层、塑料层、第二金属层、储能材料层。第一金属层与第一端接电极(第一接触层)形成欧姆接触，第二金属层(第二接触层)与第二端接电极形成欧姆接触。交叉引用在此通过参考同样地合并本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请，犹如每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地引用。附图说明图1a、1b和1c示意性地示出了在塑料层的顶面和底面上形成成组的金属条。图2示出了在塑料层的一个金属化表面上形成储能材料层。图3示出了在多层带上切割中间产品。图4示出了多层带的缠绕。图5示出了第一端接电极和第二端接电极的形成。图6示出了基于第二实施例而在塑料层的顶面和底面上形成两个金属条。图7示出了储能材料层的形成。图8显示了多层带的缠绕。图9示出了第一端接电极和第二端接电极的形成。具体实施方式在此说明和描述本专利技术的各种实施例，但对于本
的技术人员来说，这些实施例当然只用于示例。在不脱离本专利技术的情况下，本
的技术人员能够进行各种变形、改进和替换。应该理解为可以采用本专利技术所述的实施例的各种替代方案。本专利技术提供一种卷绕式电容器。根据本专利技术的一个方面，卷绕式电容器还包括电介质芯，挠性多层带卷绕在该电介质芯上。储能材料的特征可以在于大于约100的介电常数κ和大于或等于约0.001伏(V)/纳米(nm)的击穿场强Ebd。介电常数κ可以大于或等于约100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000或100000。击穿场强可以大于约0.01V/nm、0.05V/nm、0.1V/nm、0.2V/nm、0.3V/nm、0.4V/nm、0.5V/nm、1V/nm或10V/nm。作为示例而非限制，储能材料的特征可以在于介于约100与约1000000之间的介电常数κ以及介于约0.01V/nm与约2.0V/nm之间的击穿场强Ebd。作为示例而非限制，储能材料可以包含萘嵌苯片段(rylenefragment)。根据本专利技术的另一个方面，萘嵌苯片段可以选自表1中给出的结构1-21。表1.包含萘嵌苯片段的储能材料的实例：在基于本专利技术的多个方面的卷绕式电容器的一个例子中，储能材料选自掺杂的低聚苯胺(dopedoligoaniline)和对-低聚-亚苯基(p-oligo-phenylene)。在另一个卷绕式电容器的例子中，掺杂的低聚苯胺是在苯胺的苯环上具有SO3-基团或COO-基团的自掺杂低聚苯胺。在卷绕式电容器的另一个实施例中，掺杂的低聚苯胺是通过在氧化态下将有机结构-无机/有机酸与低聚苯胺混合而混合掺杂的，其中有机结构选自烷基、芳基及其聚合物，无机/有机酸选自SO3H、COOH、HCl、H2SO4、H3PO4、HBF4、HPF6、苯甲酸及其衍生物。根据本专利技术的又一个方面，储能材料可以包含可溶于有机溶剂中的聚合物材料。在本专利技术的又一个实施例中，储能材料包含可溶于有机溶剂中的具有选自表2中给出的结构22至27的结构的聚合物。表2.包含可溶于有机溶剂的聚合物的储能材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卷绕式电容器，其特征在于，包括：由挠性多层带形成的卷；位于所述卷的对接部的第一端接电极(第一接触层)和第二端接电极(第二接触层)，其中，所述挠性多层带包含以下顺序的层：第一金属层、塑料层、第二金属层、储能材料层，所述第一金属层与所述第一端接电极(所述第一接触层)形成欧姆接触，所述第二金属层(所述第二接触层)与所述第二端接电极形成欧姆接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.26 US 14/752,6001.一种卷绕式电容器，其特征在于，包括：由挠性多层带形成的卷；位于所述卷的对接部的第一端接电极(第一接触层)和第二端接电极(第二接触层)，其中，所述挠性多层带包含以下顺序的层：第一金属层、塑料层、第二金属层、储能材料层，所述第一金属层与所述第一端接电极(所述第一接触层)形成欧姆接触，所述第二金属层(所述第二接触层)与所述第二端接电极形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的卷绕式电容器，其特征在于，还包括电介质芯，所述挠性多层带卷绕在所述电介质芯上。3.根据权利要求1所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述储能材料包含萘嵌苯片段。4.根据权利要求3所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述萘嵌苯片段包括选自以下结构1～21的一个或多个结构：5.根据权利要求1所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述储能材料选自掺杂的低聚苯胺和对-低聚-亚苯基。6.根据权利要求5所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述掺杂的低聚苯胺是在苯胺的苯环上具有SO3-基团或COO-基团的自掺杂低聚苯胺。7.根据权利要求5所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述掺杂的低聚苯胺是通过在氧化态下将有机结构-无机/有机酸与低聚苯胺混合而混合掺杂的，其中有机结构选自烷基、芳基及其聚合物，无机/有机酸选自SO3H、COOH、HCl、H2SO4、H3PO4、HBF4、HPF6、苯甲酸及其衍生物。8.根据权利要求1所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述储能材料包含可溶于有机溶剂的聚合物材料。9.根据权利要求8所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述聚合物材料包括选自结构22-27的一个或多个结构。其中每个R1和HR2独立地选自烷基H、芳基、取代的烷基和取n代的芳基。10.根据权利要求1所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述储能材料包括包含选自结构28-62的一个或多个超分子结构的材料。11.根据权利要求1所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述储能材料包括在绝缘基体中分散(悬浮)有导电不等轴粒子的胶体复合物。12.根据权利要求11所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述导电不等轴粒子包括导电低聚物。13.根据权利要求10所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述绝缘基体的材料选自聚(丙烯酸)(PAA)、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVP)、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)[P(VDF-HFP)]、包括乙烯丙烯橡胶(EPR)和乙烯丙烯二烯单体(EPDM)在内的乙烯丙烯聚合物、以及诸如二甲基二氯硅氧烷、二甲基硅烷二醇和聚二甲基硅氧烷那样的硅橡胶(PDMSO)、聚苯乙烯磺酸(PSS)。14.根据权利要求1所述的卷绕式电容器，其特征在于，所述储能材料包含选自十二烷基苯磺酸盐(DBSA)、聚氧乙烯二醇烷基醚、聚氧丙二醇烷基醚、聚氧乙烯二醇辛基苯酚醚、聚氧乙烯乙二醇脱水山梨糖醇烷基酯、脱水山梨糖醇烷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·R·鲁滨逊，P·富路达，P·I·拉扎列夫，
申请(专利权)人：电容器科学股份公司，
类型：发明
国别省市：美国,US