[发明专利]超级电容器真空组装

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120要求在2013年11月22日提交的美国申请序列号14/087,761的优先权权益，该申请的全部内容通过援引并入本文。

背景

领域

本披露总体上涉及用于形成超级电容器的系统和方法，并且更具体地涉及一种用于形成超级电容器、例如电化学双层电容器(EDLC)的真空组件。

技术背景

能量储存装置例如超级电容器可以用于各种不同的、例如需要离散功率脉冲的应用中。实例应用的范围从手机到混合动力车辆。超级电容器，例如电化学双层电容器(EDLC)，已经在需要高功率、长保质期、和/或长循环寿命的应用中作为电池的替代或补充而出现。超级电容器典型地包括被布置在一对碳基电极之间的多孔分隔件和有机电解质。能量储存是通过将在这些电极与电解质之间的交界处创建的电化学双层中的电荷进行分离并储存而实现的。这些装置的重要特征是它们能够提供的能量密度和功率密度，这两种密度很大程度上是由被引入这些电极和液体电解质中的碳的特性决定的。

提供用于制作有效的、寿命长的且高能量密度的装置的制造方法和相关联设备是有利的。

简要概述

根据本披露的多个实施例，一种用于制作电化学双层电容器的方法包括在受控氛围条件下、例如在真空室中执行的一个或多个组装步骤。一种用于制作电化学双层电容器的设备包括被配置成用于执行以下动作中的一项或多项的室，例如真空室：(a)将多孔活性碳材料例如使用流延成型工艺涂覆到金属集电器片材上以形成碳基电极，(b)将该碳基电极干燥以例如去除水，(c)与分隔件片材交错地缠绕或堆叠碳基电极以制成凝胶卷或棱柱形电极组件，(d)将该电极组件插入封装物中并且在该电极组件与封装物外部处的多个端子之间形成电连接，(e)将该封装物用液体电解质填充，并且(f)密封该封装物。

所披露的方法和设备可以用来形成具有少于500ppm、例如少于200或少于100ppm的水含量的电化学双层电容器。

将在随后的详细描述中阐述本披露的主题的另外特征和优点并且本领域技术人员将容易地从该描述中部分地了解到本披露的主题的另外特征和优点或者通过实践如在此所描述的(包括随后的详细描述、权利要求书、以及附图的)本披露的主题而认识到本披露的主题的另外特征和优点。

应理解的是，上文的总体描述和下文的详细描述呈现了本披露的主题的多个实施例并且旨在提供用于理解本披露所要求保护的主题的性质和特点的概览或框架。将这些附图包括在内来提供对本披露的主题的进一步理解，并且这些附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图展示了本披露的主题的多种不同实施例并且与本描述一起用于解释本披露主题的原理和操作。额外地，附图和描述仅意在是展示性的并且不旨在以任何方式限制权利要求书的范围。

附图简要说明

以下对本披露的具体实施例的详细描述可以在结合以下附图阅读时被最好地理解，其中同样的结构用同样的参考号指示，并且在附图中：

图1是展示了根据多个实施例在真空室内制造超级电容器的示意图；

图2是使用闸门密封件实施的集电器-电极装载锁的图；

图3是使用滚轮密封件实施的集电器-电极装载锁的图；

图4是使用狭缝挤出模口实施的集电器-电极装载锁的图；

图5是展示在离散载体上将碳基电极传输至真空室中的图；

图6是展示了根据另外多个实施例在真空室内制作超级电容器的示意图；

图7展示了通过真空室对碳基电极进行干燥；

图8是具有凝胶卷设计的超级电容器的截面图；

图9是带有多根弯曲引线的端子板的截面视图；

图10是多种不同环氧树脂的剪切强度与时间的绘图；

图11A是焊接的端帽的光学显微图；

图11B是焊接的端子板的光学显微图；

图12是示出了填充端口的凝胶卷超级电容器的截面示意图；

图13是超级电容器端帽的截面示意图；

图14示出了用于形成超级电容器的真空室的初始构型；

图15示出了在打开装载锁门之后的真空室构型；

图16展示了通过运动平台来拾取零件载体；

图17示出了将转轴装载到机动化缠绕器上；

图18示出了从该零件载体上移除转轴；

图19示出了用电极夹持器/切割刀具来夹持电极；

图20示出了将电极附接至转轴上；

图21示出了将电极缠绕在转轴上；