电荷存储设备制造技术

一种能够承受ＳＭＴ制造条件的超级电容器，包括：至少一对电极，所述至少一对电极的相对表面上具有优选地在ＣＭＣ粘结剂中的碳颗粒的混合物；多孔隔板，置于所述至少一对电极的相对表面之间，所述多孔隔板优选地为聚酰亚胺；以及用于浸透所述隔板的电解液，其中所述电解液包括如ＥＭＩＴＦＳＩ的离子液体以及可选的溶剂，如ＰＣ、ＧＢＬ或戊二腈。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能量存储设备。特别的，本专利技术涉及能够承受热冲击的能量存储设备。本专利技术主要开发了一种能够承受例如在使用回流焊处理进行电子设备制造时遇到的热冲击的超级电容器，下面将参照本申请说明这种超级电容器。然而，可以理解的是， 本专利技术不限于此特定领域的使用。本申请的公开还通过参考的方式在此引入本申请人的共同未决申请“A Package For An Electrical Device (用于电子设备的封装)”，此共同未决申请的申请日与本专利技术的申请日相同(代理人档案代码为55817W0P00和55818W0P00)。
技术介绍
贯穿本说明书中对现有技术的任何讨论均不应被认为是承认此现有技术为本领域的公知常识或形成部分公知常识。超级电容器不是通过电池中固有的电化学过程来存储能量，而是通过电荷的隔离来存储能量。超级电容器还被命名为例如超电容器、电化学双层电容器(EDLC)和电化学电容器等，所有这些专用名词包括在本说明书中的专用名词“超级电容器”之中。和普通的电容器相比，超级电容器通常能够快速(高功率)的传送非常多的能量， 但是和电池相比，则比较低。具有低电阻、高能量密度特性的小型超级电容器理想的适合于高功率的应用如·具有有限供电的无线通信如移动/蜂窝电话；PC卡，CF卡，MiniPCI，express 卡，USB调制解调器；掌上电脑；自动抄表；电子收费标签(toll tag) ；GPS, GPRS和无线射频跟踪。·便携或空间受限设备中的能量备份(UPS)。· CPU的电压调节；机动车；便携音频设备或具有高冲击性负载的其他设备。·高能量、高功率的电力负载，如门锁执行器；相机的DSC和LED闪光灯。·固态存储设备(例如，固态硬盘)。超级电容器通常包括两个相对的电极，这两个电极被一个多孔的且被浸透在电解液中的中间电绝缘隔板电隔离。两个集电接线端通常与两个电极分别相连而且分别从两个电极延伸以允许从外部接入电极。壳体被密封以防止杂质进入和电解液漏出。一个超级电容器的能量存储容量可以通过下面的方程式表示E = 1/2*CV2，其中E为能量，单位为焦耳，C为电容，单位为法拉以及V为超级电容器的额定电压或工作电压。超级电容器的显著特征为具有特别高的电容值。对超级电容器性能的另外一种衡量为快速存储和释放能量的能力；即一个超级电容器的功率P，通过以下方程式给出P = V2/4R,其中R为超级电容器的内部电阻。对于电化学电容器和电池，通常内部电阻是指等效串联电阻(ESR)。根据前面方程式可以推导出，功率的性能受整个设备的ESR影响很大，整个设备的ESR为所有材质的电阻总和，如碳、基板、粘结剂、隔板、电解液和接触电阻以及外部触点。电阻与电容乘积(RC)通常是指时间常数，经常被用于表征电容器的特征。在一个理想化的电容器中，时间常数与频率无关。然而，在基于碳的超级电容器中，R(电阻)和 C(电容)均与频率有关。这是由高比表面积碳的微孔特性以及在碳表面的双电层上逐渐聚集的电荷的性质所造成的。测量超级电容器的R和C的传统方法为使用恒定电流充电或放电、以及分别测量在一个周期开始或结束时的电压跳变和在周期中的电压的变化率。然而这样则有效地在高频率提供R，在低频率提供C。另外一种更适合的方法为测量复数阻抗的频率响应并建模一个单独的RC元件到数据。从而在一个频率范围内提供了 R和C的估测， 而且这种估测和使用恒定电流技术测量的估测可能相关也可能不相关。非常清楚的是，使用RC时间常数来测量电容器的合适度会有很大的不稳定性。最近已推荐了一种更有用的技术，其中在电流和电压的相位角为-45°时的频率下测量R和C。此频率的倒数为“响应时间”，而且此频率的倒数比其他方法定义的更加清楚。进一步的，当此频率上的电容相对于超级电容器的质量和体积被规格化时，可以使用此频率上的电容来计算能量并提供一个品质因数(FOM)。可以理解的是重量的FOM是一种更适于用于脉冲功率应用的能量存储设备使用的品质因数。也就是说，这样的应用必然依赖频率，因此计算此品质因数涉及到首先要确定当存储设备的阻抗达到-45°相位角时的频率f；。然后&的倒数提供存储设备的特有的响应时间I。在&的阻抗Z”的虚部值用于计算所述设备在此频率所能够提供的能量&。更特别地E0 = 1/2*CV2其中C = -1/(2 π f0Z")以及V为所述设备的额定电压。此时通过用除以所述设备的质量和Ttl计算出重量的品质因数。即重量的品质因数FOM = E0/(m. T0)。1998年12月7_9日，在佛罗里达，Deerfield Beech举行的“第八届双层电容器及相似能量存储设备研讨会”上，John R. Miller所作的题目为“电化学电容器的脉冲功率性能现有商用设备的技术现状”论文中提出了重量的品质因数。在此通过交叉引用的方式援引该论文的公开和启示。而且Miller论文中详细的描述了体积的品质因数(体积F0M)是仏除以Ttl和所述设备的体积的基础上计算出来的。体积FOM用术语“瓦特/厘米3”来表示。这些品质因数提供了存储设备的不同特征，该特征与脉冲功率的频率相关特性以及使用了此设备的一些其他应用更一致。需要注意的是，至今使用的简单RC模型不能够充分的解释此设备的性能。这些简单模型不能够说明脉冲或高功率应用的频率相关特性， 然而，用于表现本专利技术特征的FOM是与这些应用直接相关的一个参数。评价超级电容器性能的另一有效因数为有效电容(Ce)。有效电容(Ce)是在一指定时间的恒流放电过程中获取的电容，而且有效电容是通过超级电容器的被测量放电的RC电模型中推导出来的，其中 R(或ESR)是在预定时间被测量的，例如为20μ s(微秒)并且在此模型中保持恒定。此处使用的放电电流通常为100mA。因此，Ce是时间相关的。此处用于计算超级电容器的特定重量有效电容的重量通常为设备的总质量。对于封装或结构不同的设备，对Ce的比较是通过比较设备的活性涂层的质量或者涂层中活性物质的质量来实现的。每个电极可以由可折叠或卷曲的单片和堆叠在一起且平行电连接的多个平片构成。这里称为电极堆叠，例如在申请人共有的公开文件W0/2000/034964中有更详细的描述。电极堆叠的覆盖区和达到预定ESR和电容值所需的厚度之间是有关系的。ESR基本上因电极面积而不同，因此较小的覆盖区需要成比例的较多数量的片层以保持相同的 ESR0电容因涂层的体积而不同，因此较小的覆盖区至少可以由较厚的涂层部分补偿。在许多情况中，电解液的物理和电化学性质是决定超级电容器的内部电阻(ESR) 和超级电容器的“频率响应”的重要因素，其中“频率响应”即为超级电容器在不同的频率范围提供功率的能力。1994 年 12 月 12 日-14 日，从在佛罗里达 Deerfield Beach 的 OceanResort 酒店及会议中心举办的“第四届双层电容器和相似能量存储设备国际研讨会”中得到的由 B. E.Conway撰写的文章中详细描述了影响电解溶液导电率(k)的因素，此国际研讨会是由地址为1900 Glade Road, Suite 358, Boca Raton, FL 33431的佛罗里达教育研讨公司统筹的。总之，决定导电率所涉及的两个主要因本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种超级电容器，包括：至少一对电极，所述至少一对电极的相对表面上具有碳颗粒的混合物；多孔隔板，置于所述至少一对电极的相对表面之间；以及电解液，用于浸透所述隔板，其中所述电解液包括离子液体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·布雷特·艾奇森，
申请(专利权)人：CAPXX有限公司，
类型：发明
国别省市：AU