具有撓性金屬集電體的電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明的領(lǐng)域通常涉及電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置，并且更具體地，涉及雙電層電容器 (EDLC)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電氣系統(tǒng)中，二次電流源使其可能積累、存儲(chǔ)并且釋放電功率到外部電路。在這 些二次源中為傳統(tǒng)電池、傳統(tǒng)電容器以及電化學(xué)電容器。這種已知裝置包括在充有電解質(zhì) 的殼體內(nèi)的能量存儲(chǔ)元件，并且用于連接能量存儲(chǔ)裝置到電路的端子。在這樣的裝置的制 造中，建立到能量存儲(chǔ)元件的電氣連接在一些方面可能是有問(wèn)題的，且改進(jìn)是被期望的。
【附圖說(shuō)明】
[0003] 參考附圖描述非限制性且非無(wú)窮盡性的實(shí)施例，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同部 分貫穿各附圖，除非另有規(guī)定。
[0004] 圖1為電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的示例性實(shí)施例的透視圖。
[0005] 圖2為用于在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的撓性接觸集電體的示例性實(shí)施 例的透視圖。
[0006] 圖3為在圖1中示出的耦合到存儲(chǔ)基元并且被組裝到在圖1中示出的電化學(xué)能量 存儲(chǔ)的殼體的集電體的透視組裝圖。
[0007] 圖4為用于在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的集電體和存儲(chǔ)基元組裝的另一 示例性實(shí)施例的透視圖。
[0008] 圖5示出被安裝到在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的殼體的圖4的組裝。
[0009] 圖6為帶有去除的殼體的在圖5中示出的組裝的端部透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 現(xiàn)代電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置，包括但不限于雙電層電容器（EDLC)裝置，通常包括殼 體，有時(shí)稱(chēng)為罐，和在該罐中的至少一個(gè)能量存儲(chǔ)基元。還提供端子用于將該裝置的能量存 儲(chǔ)基元連接到外部電路。
[0011] 電化學(xué)雙層電容器（EDLC)使用兩種高表面區(qū)域電極并且在電解質(zhì)溶液中的離子 與在電極的表面上的電子之間的靜電場(chǎng)中存儲(chǔ)能量。因?yàn)殡姌O的靜電特性，EDLC被非?？?速的充電和放電。典型地，在EDLC的充電/放電速率和效率的限制因素是在電極到裝置的 正和負(fù)端子之間的電氣連接。這樣的電氣連接不僅是難于首先建立，而且它們趨向于導(dǎo)致 相對(duì)高的電阻，該高電阻趨向于增加ELDC裝置的直流電阻（DCR)。由于較高DCR消極地影 響ELDC裝置的性能，降低這樣裝置的DCR是所期望的，但是常規(guī)地已經(jīng)很難可靠且有效地 實(shí)現(xiàn)。
[0012] 在特定類(lèi)型的H)LC裝置中，存儲(chǔ)基元的正和負(fù)電極通常被纏繞成分層圓柱形封 裝，通常被提及膠質(zhì)輥封裝，其也包括分隔物元件以在緊湊封裝中提供一個(gè)或多個(gè)能量存 儲(chǔ)基元。將膠質(zhì)輥（jellyroll)封裝與殼體組裝，有時(shí)在本領(lǐng)域中被稱(chēng)為罐，并且然后使 用用于使用的殼體內(nèi)的電解質(zhì)溶液浸漬膠質(zhì)輥。也提供一個(gè)或多個(gè)集電體以在膠質(zhì)輥的正 和負(fù)電極與提供電路連接到外部電路的裝置的正和負(fù)端子之間建立電氣連接。
[0013] 在一個(gè)已知的EDLC構(gòu)造中，將EDLC裝置的正和負(fù)端子連接到連接器板的片，也就 是，依次連接到一個(gè)或多個(gè)膠質(zhì)輥的各自的正或負(fù)電極。在該種類(lèi)的m)LC裝置中，多個(gè)連 接器片被通過(guò)冷焊接成電極的形狀或被直接切割成電極的形狀。一個(gè)或多個(gè)連接器片被提 供用于在膠質(zhì)輥中的每個(gè)各自的正或負(fù)電極。連接器片被典型地相對(duì)膠質(zhì)輥定向在相同的 方向以使得到m)LC裝置的正或負(fù)端子的連接簡(jiǎn)單。然而，組裝連接器片為適當(dāng)?shù)男螤畈⑶?建立到電極的連接為繁瑣的任務(wù)，并且可以導(dǎo)致m)LC裝置的相對(duì)地復(fù)雜的且昂貴的構(gòu)造。 該類(lèi)型的構(gòu)造也趨向于導(dǎo)致增加，而不是降低用于制造的裝置的DCR。
[0014] 備選地，并且在其它已知的EDLC構(gòu)造中，膠質(zhì)輥包括偏移（offset)電極，以便裸 露的金屬表面被暴露在膠質(zhì)輯的任一端部以暴露電極的每個(gè)各自端部。擠壓暴露的金屬表 面以在膠質(zhì)輥的端部上產(chǎn)生平坦的表面，然后，在一個(gè)實(shí)例中通過(guò)已知的激光焊接工藝而 將其連接到平坦的集電體板。在被焊接到膠質(zhì)輥之后，然后在一個(gè)實(shí)例中通過(guò)已知的激光 焊接工藝通常將連接器板連接到m)LC的罐，其通過(guò)罐或通過(guò)罐的后側(cè)。集電體到罐的焊接 有效地使集電體中的一個(gè)罐在裝置中。在某些方面該構(gòu)造對(duì)于上文描述的連接器片的構(gòu)造 更簡(jiǎn)單，并且可提供具有降低的DCR的裝置，但并非沒(méi)有其本身缺點(diǎn)。
[0015] 具體而言，在制造以可靠地完成中，集電體板到罐的激光焊接為困難的步驟。如果 焊接是不足的或有缺陷的，集電體板完全地或部分地從罐分開(kāi)，并且在制造的裝置中呈現(xiàn) 可靠性問(wèn)題和性能變化。不足的或有缺陷的焊接也產(chǎn)生在構(gòu)造的裝置中的空隙，通過(guò)該空 隙空氣可進(jìn)入到裝置中或從該空隙電解質(zhì)可逃逸，同樣在制造的裝置中呈現(xiàn)可靠性問(wèn)題和 性能變化。當(dāng)制造的裝置在使用中被經(jīng)受振動(dòng)或沖擊時(shí)，直接到罐的激光焊接集電體板同 樣也有潛在性問(wèn)題，而當(dāng)裝置在操作中時(shí)，另外可接受的焊接接頭（joint)被通過(guò)沖擊且 振動(dòng)而妥協(xié)（compromised)。如果當(dāng)這發(fā)生時(shí)，裝置和相關(guān)的電路被消極地妥協(xié)。
[0016] 在下文描述了電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的示例性實(shí)施例，其克服在本領(lǐng)域中的這些和 其它劣勢(shì)。具體而言，描述了電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的示例性實(shí)施例，包括但沒(méi)必要限于H)LC 裝置，其被以成本有效的方式相對(duì)簡(jiǎn)單地制造，同時(shí)避免在裝置內(nèi)部上集電體板到裝置的 外部罐的焊接和其本身附加的缺陷。方法各方面將被部分明確地討論并且部分從下文的說(shuō) 明書(shū)顯而易見(jiàn)。同樣，當(dāng)在m)LC裝置的上下文中描述時(shí)，下文描述的概念被應(yīng)用到其它類(lèi) 型的能量存儲(chǔ)裝置，包括但不限于電池裝置。
[0017] 圖1-3共同地說(shuō)明包括殼體102和在該殼體中的至少一個(gè)能量存儲(chǔ)元件104(圖 3)的電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置100的示例性實(shí)施例。當(dāng)殼體102被充有電解質(zhì)以浸漬存儲(chǔ)基 元104,存儲(chǔ)基元104為可操作的以從外部電路存儲(chǔ)電能和將電能釋放到外部電路。裝置 100也包括耦合到殼體102的蓋帽106,并且蓋帽106包括第一和第二金屬端子凸耳108和 IlO0
[0018] 在實(shí)例中示出的殼體102通常為具有第一端部112、相對(duì)第一端部112的第二端 部114、以及在第一端部112和第二端部114之間延伸的圓柱體側(cè)壁116的延長(zhǎng)的圓柱體元 件。第一端部112通常為平坦的且平面的，而第二端部114被附著到蓋帽106。在第一和第 二端部112、114之間的側(cè)壁116通常在截面部分中為圓形的，并且具有用于在第一和第二 端部112、114之間測(cè)量的大部分軸向長(zhǎng)度的恒定直徑。殼體102包括受限制部118,其中側(cè) 壁116被折疊以促進(jìn)蓋帽106的連接和存儲(chǔ)基元104的密封。存儲(chǔ)基元104,如在圖3中所 示，在殼體第一端部112、側(cè)壁116以及受限制部118之間限定的殼體102中的盛器120中 延伸。在示例性實(shí)施例中殼體102被使用已知技術(shù)從諸如在示例性實(shí)施例中的鋼或鋁的金 屬形成。殼體102通常被稱(chēng)為罐。在預(yù)期的實(shí)施例中，罐102被以已知的方式從金屬制造， 該金屬包括但不限于鋼或鋁。
[0019] 在一個(gè)預(yù)期的實(shí)施例中，裝置100為EDLC裝置，有時(shí)被稱(chēng)為超級(jí)電容器，對(duì)照具有 約為僅若干F/g的常規(guī)電容器，其具有例如大于100F/g的比電容。超級(jí)電容器被用在各 種不同的應(yīng)用中，諸如，存儲(chǔ)器備份以橋接短供電中斷，電池管理應(yīng)用以提高電池的電流處 理，或以提供對(duì)高負(fù)載需求的電流增壓。
[0020] 將EDLC裝置100的至少一個(gè)存儲(chǔ)基元104位于通過(guò)殼體102限定的盛器120的 內(nèi)部。隨著裝置100被制造，存儲(chǔ)基元104被充有電解質(zhì)，并且存儲(chǔ)基元104包括至少一個(gè) 正電極（陰極）、至少一個(gè)負(fù)電極（陽(yáng)極）以及諸如膜的分隔物，該分隔物將陰極和陽(yáng)極區(qū) 間隔開(kāi)。在預(yù)期的實(shí)施例中，膠質(zhì)輥存儲(chǔ)基元104包括偏移電極，其被擠壓以在其端部產(chǎn)生 平坦的表面。
[0021] 包括正和負(fù)電極的存儲(chǔ)基元104可被提供作為具有多層的一般的管狀或圓柱形 的膠質(zhì)輯封裝，該膠質(zhì)輯封裝限定單個(gè)基元或多個(gè)基元。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，膠質(zhì)輯備選地以其它 形狀和結(jié)構(gòu)被提供，如果需要，包括但不限于折疊的結(jié)構(gòu)和手風(fēng)琴形狀。在圖2和3中，集電 體130被提供到膠質(zhì)輥存儲(chǔ)基元以將陽(yáng)極存儲(chǔ)基元104的電極與殼體102互連。如下文所 描述的集電體130機(jī)械地且電氣地接合底部端部112和側(cè)壁116的部分以可靠地建立到殼 體120的電氣連接，而沒(méi)有產(chǎn)生激光焊接接頭，并且還同時(shí)維持低電阻和相對(duì)常規(guī)的EDLC 裝置構(gòu)