具有提高的电容量的薄膜电容器制造技术

本发明专利技术涉及一种由第一和第二薄膜构成的薄膜电容器，其中，两个薄膜分别具有相对介电常数ε

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有提高的电容量的薄膜电容器
[0001]本专利技术涉及一种由第一和第二薄膜构成的薄膜电容器，其中，两个薄膜分别具有相对介电常数ε
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并且分别在至少一个侧面上涂层或蒸镀(或者说气相喷镀)有金属层。本专利技术还涉及一种用于制造这种薄膜电容器的方法。
[0002]由现有技术已知的用于能量技术应用的薄膜电容器至少由两个叠置的并且卷绕的、分别在一个侧面或表面上被金属化的薄膜、即所谓的卷绕件(Wickel)构成。两个薄膜相互略微沿轴向彼此错移地卷绕，从而在卷绕件的每个端侧，略微进一步凸出的薄膜的金属层可以通过所谓的金属喷镀(Schoopieren)被接触。因此产生的电容器共同用作卷起的平板电容器。众所周知，根据以下公式计算平板电容器的电容量C：
[0003][0004]其中ε0是真空的电场常数、ε
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是薄膜材料的相对介电常数(介电常数)、A是金属层或平板面的面积，并且d是两个金属层彼此的距离。在此，距离d基本上相应于所使用的薄膜材料的厚度。
[0005]确定电容量C的参数因此是相对介电常数和所使用的薄膜材料的厚度d。厚度d在此局限于市场上可得到的材料和能够以卷绕技术加工的大约3μm至12μm的厚度。
[0006]例如将具有大约2.2至3.3的相对介电常数ε
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的塑料用作薄膜材料：聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)。
[0007]根据图1，薄膜电容器的常见的结构由两个薄膜1和3构成，这些薄膜分别在一个侧面上涂层或蒸镀有金属层2或4。薄膜1和金属层2以及薄膜3和金属层4共同形成电容器卷绕件。两个薄膜相互错移地、相叠地布置并且卷绕。图1和所有其它的附图在此示出了垂直于或横向于薄膜卷绕件的卷绕方向的截面图的局部，并且在此示出了两个薄膜的两个从左向右层叠的卷绕部。两个薄膜的存在于该局部之外的另外的卷绕部由三个点“...”表示。在图1和所有其它的附图中，相应的薄膜电容器的电路图显示在右上方。
[0008]为了实现自修复特性，金属涂层2或4的层厚优选沿箭头方向从横向于薄膜卷绕件的特定的界限5或6开始减小。在可能的击穿的情况下，相应较薄的金属层在击穿位置处蒸发，而不会使薄膜碳化，因此不会在两个金属层之间产生传导性的连接。由此作用产生层的自修复。
[0009]从现有技术已知的薄膜电容器具有最大高达微法拉范围的电容量和高达四位数伏特范围的耐压强度。
[0010]随着新的技术任务的引入、例如越来越多地使用可再生能源和供电网络的与之相关的分散化，或者随着电迁移率的增大和其在储能、充电技术和能量回收方面的挑战，对电容器和具有高的电容量、能量密度的超级电容器的需求也在增加。电容器和超级电容器用于电能的短期的中间存储，例如用于电网中的调峰或用于存储电动交通工具中的制动能量，还用于电动工具中的锂离子电池的过载保护(如果它们必须在短时间内满足非常高的电流需求)。由现有技术已知的薄膜电容器不能实现这些要求。
[0011]因此，本专利技术所要解决的技术问题在于，提高薄膜电容器的电容量，优选提高10至10000倍，以便使薄膜电容器对于新的技术任务来说是引人注意的，并且使薄膜电容器适配于新的技术任务。
[0012]该技术问题通过独立权利要求的特征解决。本专利技术的扩展设计是从属权利要求的技术方案。
[0013]根据本专利技术，在两个薄膜之间优选全面地(或者说在整个面上)布置有至少一个由具有相对于薄膜的介电常数ε
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更高的介电常数ε
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的电介质构成的层。由电介质构成的层在此要么印刷在一个或两个薄膜的金属层上，要么印刷在一个或两个薄膜的与金属化部对置的未涂层的侧面上。通过提高电介质的介电常数ε
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来提高薄膜电容器的电容量。而击穿强度保持不变或略有增加。当然，如在以下所有实施方式中那样，在此也可以使用上述的分级式的金属涂层来确保自修复。
[0014]由电介质构成的层特别优选印刷到薄膜的金属层上，因此其作为两个薄膜之间的间隔层起作用。
[0015]例如，电介质的介电常数ε
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比薄膜的介电常数ε
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大10至500倍，从而薄膜电容器的电容量与在没有由电介质构成的层的薄膜电容器中相比高10至500倍。印刷的电介质的介电常数ε
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在此例如可以具有20至大约2000的值。
[0016]作为对此的备选，至少一个由电介质构成的层印刷在第一薄膜的金属层上，并且第二薄膜布置为，使得其金属层指向第一薄膜的金属层，从而第一薄膜的金属层和第二薄膜的金属层只通过薄的电介质层彼此分隔开。由此附加地提高电容量，因为现在作为电容器电极之间的距离的薄膜的厚度被省去，并且只有印刷的电介质的厚度作为距离d包含在公式中。这意味着，例如在薄膜厚度为6μm且印刷的电介质的层厚为0.3μm的情况下，电容器的电容量单单通过减小的厚度或减小的距离d就相对于由现有技术已知的薄膜电容器的电容量提高了20倍。
[0017]特别优选地，在根据本专利技术的第二备选方案中，由电介质构成的层也具有相对于薄膜的介电常数ε
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更高的介电常数ε
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。例如，电介质的介电常数ε
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比薄膜的介电常数ε
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高10至500倍，从而薄膜电容器的电容量总体上与在没有由电介质构成的层的薄膜电容器中相比高200至10000倍。
[0018]特别优选地，第一薄膜以其金属层和第二薄膜以其金属层共同形成电容器卷绕件。具有大致尺寸相同的面积的两个薄膜在此为了后续的金属喷镀略微侧向地或轴向地错移地相互叠置，并且在纵向侧共同卷绕或者卷成一个卷绕件。
[0019]当然，不只可以利用薄膜的轴向布置来卷绕薄膜电容器的薄膜，而且从现有技术中已知的所有其它的结构形式、例如分层的若干单层的布置也是可行的。在此，大量被金属化的优选形成平坦的单层的第一和第二薄膜被分层叠置或堆叠，并且通过金属喷镀连接为电容器。产生具有正方形或矩形的形状因子的电容器，该电容器由具有第一和第二薄膜的相应的错移的薄膜
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片状材料层式地堆叠。备选地，也可以通过第一和第二薄膜的交叉式地叠置和折叠来构建电容器。
[0020]电容器的单片也可以具有任意的外轮廓或外形形状，因此电容器可以例如作为成型元件装入到车身等中。因此，电容器甚至可以特别优选地构造为具有机械或光学的附加功能的功能元件。
[0021]在现有技术中，薄膜电容器的电容量主要由相应的薄膜的特性确定。然而特别有利地，根据本专利技术的薄膜电容器的电容量和能量密度通过使用薄膜印刷和涂层技术(如其在制造高安全性薄膜时所使用的那样)、在使用具有高的介电常数ε
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和/或具有小的层厚的材料的情况下相对于由现有技术已知的薄膜电容器提高10至10000倍。
[0022]根据优选的实施方式，由电介质构成的层借助印刷方法、例如胶版印本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由第一和第二薄膜构成的薄膜电容器，其中，两个薄膜分别具有相对介电常数ε
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并且分别在至少一个侧面上涂层或蒸镀有金属层，其特征在于，至少一个由电介质构成的层优选全面地布置在两个薄膜之间，所述电介质具有相对于薄膜的介电常数ε
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更高的介电常数ε
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，其中，由电介质构成的层要么印刷在一个或两个薄膜的金属层上，要么印刷在卷绕件的一个或两个薄膜的与金属化部对置的未涂层的侧面上。2.一种由第一和第二薄膜构成的薄膜电容器，其中，两个薄膜分别具有相对介电常数ε
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并且分别在至少一个侧面上涂层或蒸镀有金属层，其特征在于，至少一个由电介质构成的层印刷在所述第一薄膜的金属层上，并且所述第二薄膜布置为，使得所述第二薄膜的金属层指向第一薄膜的金属层，从而所述第一薄膜的金属层和所述第二薄膜的金属层只通过薄的电介质层彼此分隔开。3.根据权利要求2所述的薄膜电容器，其特征在于，所述由电介质构成的层具有相对于薄膜的介电常数ε
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更高的介电常数ε
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。4.根据前述权利要求中至少一项所述的薄膜电容器，其特征在于，所述由电介质构成的层借助印刷方法、例如胶版印刷、柔性版印刷、凹版印刷或丝网印刷而印刷到薄膜的金属层上或卷绕件的一个或两个薄膜的与金属化部对置的未涂层的侧面上。5.根据前述权利要求中至少一项所述的薄膜电容器，其特征在于，所述由电介质构成的层由颜料构成，所述颜料由具有高的介电常数ε
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的材料构成，所述颜料分散在具有良好的绝缘特性并且同样具有高的介电常数ε
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的粘合剂中。6.根据前述权利要求中至少一项所述的薄膜电容器，其特征在于，两个薄膜分别印刷有电介质层。7.根据前述权利要求中至少一项所述的薄膜电容器，其特征在于，两个薄膜在两侧被金属化，并且两个薄膜在至少一个侧面上印刷有电介质层。8.根据前述权利要求中至少一项所述的薄膜电容器，其特征在于，至少两个另外的金属化部...

【专利技术属性】
技术研发人员：K迈尔，
申请(专利权)人：捷德货币技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：