專利名稱：多層電化學(xué)能量存儲裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量存儲裝置，且具體而言，涉及一種多層電化學(xué)能量 存儲裝置及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種包括可印刷電極的多 層電化學(xué)電容器或電池的制造方法。
背景技術(shù)：
單電池能量存儲裝置通常由兩個導(dǎo)電板(下文中稱為集流器)和設(shè)置在該 兩個導(dǎo)電板之間的電學(xué)絕緣層(電介質(zhì)，在下文中稱為分隔件)組成。電極通 常設(shè)置在集流器與分隔件之間，且容納其中的液體電解質(zhì)(例如，硫酸)被用 作電荷積累界面。根據(jù)用于制備電極的電解質(zhì)的類型，電化學(xué)能量存儲裝置(例如，原電 池或二次電池，諸如燃料電池的電化學(xué)電池)通常分為兩種不同類別，其可以為含水或有機電解質(zhì)溶液。前一類型可以產(chǎn)生高達1.2伏特每個電池，而 后一類型通常提供約2.5至4.0伏特每個電池?？梢酝ㄟ^串聯(lián)組裝多個上述 的單個電池來增加電化學(xué)能量存儲裝置的工作電壓，以獲得在本領(lǐng)域中稱為 雙極電池(例如，雙極電容器)的布置。US 6,212,062描述了其中碳電招二沒置在電池的集流器上的多層電容器電 池的構(gòu)造。WO 03/071563描述了 一種包括雙層電化學(xué)電池的電化學(xué)能量存儲裝置 及其制造方法。在該電化學(xué)能量存儲裝置中，電極印刷在電池的集流器上， 且分隔介質(zhì)設(shè)置在集流器之間，其中在集流器上對應(yīng)于未印刷區(qū)域的區(qū)域內(nèi) 的所述分隔介質(zhì)中的孑L(即，與包括印刷的電極的區(qū)域互補)被粘合劑或其它 聚合物的層堵塞。根據(jù)這些方法，由能量儲存電池的疊層組成的雙極能量存儲裝置的構(gòu)造 涉及，在疊層中的每個內(nèi)部集流器的兩側(cè)設(shè)置電極，且一個電極接觸兩個外 部集流器(置于疊層的頂部和底部的集流器)的內(nèi)表面。由于其中兩個電極設(shè) 置在雙極能量存儲裝置的每個內(nèi)部集流器的兩側(cè)上的這種電極布置，所以這種構(gòu)造是笨重的。而且，密封和封裝這種電池疊層不是簡單的任務(wù)，并且其 多層結(jié)構(gòu)的寬度較大。本發(fā)明的一個目的是提供一種簡化的多層能量存儲裝置構(gòu)造，其中電極 可以印刷在每個集流器的一側(cè)上。本發(fā)明的另 一 目的是提供一種用于制造基于多層疊層的雙極能量存儲 裝置的改進工藝。本發(fā)明的又一目的是提供一種多個能量存儲裝置疊層的制造方法，其中 單個能量存儲裝置可以通過剪刀或刀片或其它機械裝置容易地切斷。 根據(jù)下面進行的描述本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得顯而易見。發(fā)明內(nèi)容在本文中術(shù)語"分隔件"或"分隔介質(zhì)"可互換使用以描述所有通常用 來在電化學(xué)電池的電極之間進行電隔離的薄多孔薄膜或膜?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 可以密封分隔件在其外圍區(qū)域中的孔，根據(jù)期望圖案在其上形成一個或多個 非密封區(qū)域，且然后直接將電極印刷到分隔件的所述一個或多個非密封區(qū)域 上。得到的構(gòu)造可以有效地用于例如雙極電化學(xué)電容器的多層結(jié)構(gòu)的制備， 其中得到的構(gòu)造即為其上印刷有一個或多個電極印刷的分隔件，使得每一電 極被分隔件的密封區(qū)域包圍。因此，本發(fā)明提供了一種包括一個或多個電池的能量存儲裝置，其中每 個電池由一對電極和置于該對電極之間的分隔件的所限定，其中每個電池被 兩個集流器束綽，所述分隔件的幾何形狀和尺寸與所述集流器的形狀和尺寸 相同，且其中在每個電池中， 一個電極印刷在所述兩個集流器之一上，另一 電極印刷在分隔件的一個面上，兩個電極通過所述分隔件電絕緣，以及其中 分隔件的包圍印刷于其上的電極的外圍區(qū)域被密封。術(shù)語"密封的"用來指該區(qū)域?qū)θ菁{在電極中的電解質(zhì)是不可滲透的； 包圍印刷在分隔件上的電極的密封區(qū)域防止電解質(zhì)從電極滲透到電池的周 圍區(qū)域。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，分隔件的包圍印刷于其上的電極的密封的外 圍區(qū)域浸漬有電學(xué)非導(dǎo)電材料，優(yōu)選地粘合劑，其堵塞在所述區(qū)域中的分隔 件的孔且還使分隔件連接到集流器。能量存儲裝置中電池的數(shù)目，下文中有時用n表示，為等于或大于l的 整數(shù)，且優(yōu)選地在2至100的范圍內(nèi)，且更優(yōu)選地在3至20的范圍內(nèi)，且最優(yōu)選地為3至10。當(dāng)本發(fā)明的能量存儲裝置包括超過1個電池時，所述電 池在疊層結(jié)構(gòu)中被串聯(lián)電連接，相鄰電池共用同一集流器。因此，在這種布置中，集流器的數(shù)目等于n+l，其中的兩個集流器可稱作外部集流器。這些外部集流器可以在組成和厚度上不同于置于內(nèi)部的集流器，并且彼此不同。 現(xiàn)在，已經(jīng)可以大幅簡化具有上文所述的布置的能量存儲裝置(例如，雙極電化學(xué)電容器)的構(gòu)造，這是鑒于以下事實置于每個電池中的兩個電 極之一可直接印刷到分隔件的表面上。因此，本發(fā)明還涉及一種多層結(jié)構(gòu)的 制備方法，該多層結(jié)構(gòu)包括一個或多個能量存儲裝置，其中每個能量存儲裝 置如上所述包含n個電池，其中該方法包括，-提供n+l個集流器和n個分隔件；密封每個所述n個分隔件中的外圍區(qū) 域中的孔，從而在每個所述分隔件中形成一個或多個離散的非密封區(qū)域；將 電極印刷到每個所述分隔件的所述一個或多個非密封區(qū)域上；將一個或多個 電極印刷到選自所述n+l個集流器的n個集流器的每一個的一側(cè)上，使得每 個所述n個集流器僅一個面上沉積有電極；交替地布置所述n+l個集流器和 所述n個分隔件以形成多層結(jié)構(gòu)。在該多層結(jié)構(gòu)中，其上沒有沉積電極的集 流器是最簡單地置于外部。最優(yōu)選地，印刷在每個該n個分隔件上的離散電極區(qū)域在數(shù)目、尺寸、 形狀以及位置上與印刷在每個該n個集流器上的電極相對應(yīng)，使得所述多層 結(jié)構(gòu)通過所述電極的并置來構(gòu)造。最優(yōu)選地，密封是通過以下來完成的在每個所述n個分隔件的一側(cè)上 應(yīng)用電學(xué)非導(dǎo)電材料以使所述非導(dǎo)電材料密封所述分隔件在其外圍區(qū)域中 的孔，從而一個或多個非密封區(qū)域形成于所述分隔件中。如上所解釋，電極 印刷到分隔件的這些非密封區(qū)域上。通過上述方法獲得的多層結(jié)構(gòu)是通常具有長方體形狀的空間體(spatial body)。這種體的高度由垂直地對準的層(n+l個集流器和n個分隔件)的數(shù)目 確定?？赡芘c多層結(jié)構(gòu)隔離的獨立能量存儲裝置的數(shù)目取決于分布在n個集 流器的表面上的離散電極的數(shù)目以及印刷在分隔件的表面上的離散電極的 相應(yīng)數(shù)目。因此，多個獨立能量存儲裝置可以通過剪刀、切割機、刀片、或 其它機械裝置方便地與多層結(jié)構(gòu)分開，其中每個該獨立能量存儲裝置包括n 個垂直地對準的電池。優(yōu)選地，該方法還包括在該分隔件上密封和印刷之前，先將每個分隔件安裝在支撐體上，在將所述分隔件置于多層結(jié)構(gòu)內(nèi)之后使支撐體與分隔件分 離。該方法可以進一步包括其中從印刷的電極中去除過量的電解質(zhì)的步驟，其中所述去除優(yōu)選通過以下來完成干燥電極，與/或通過置于電極上的吸收 劑來從電極吸收所述過量的電解質(zhì)。可以施加輕微的壓力，以促進從印刷的 電極吸收過量的電解質(zhì)。如本文中所使用的，術(shù)語"印刷"或"印刷的"等是指已知印刷技術(shù)， 例如但不限于絲網(wǎng)印刷、模板印刷、噴墨印刷以及將糊狀材料或油墨狀材 料轉(zhuǎn)印到基板上的任何其它形式。


在附圖中圖IA至1C示意性地示出本發(fā)明的雙極能量存儲裝置疊層的內(nèi)部和頂部(夕卜部)集流器的制備；圖2A至2D示意性地示出本發(fā)明的雙極能量存儲裝置的分隔件的制備； 圖3A至3B是示出集流器和分隔件的制備工藝，以及將集流器和分隔件堆疊在雙極構(gòu)造中的流程圖；圖4示意性地示出包括n個電池的雙極能量存儲裝置的構(gòu)造；圖5示意性地示出包括多個能量存儲裝置的結(jié)構(gòu)，其中每個能量存儲裝置包括5個電化學(xué)電池；以及圖6A至6C示出單個電池電容器產(chǎn)品以及多個并^f關(guān)和串聯(lián)的電池電容突-立口 存廣口口。
具體實施方式
本發(fā)明涉及一種多層能量存儲裝置及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明 涉及一種由n+l個集流器以及設(shè)置在該n+l個集流器之間的n個分隔件的疊 層構(gòu)成的雙極電容器，其中電極連接到該疊層的n個集流器和n個分隔件(其 中n為整數(shù)，1)。根據(jù)本發(fā)明的將使用的集流器由對容納在電極中的含水電解質(zhì)是化學(xué) 惰性的導(dǎo)電材料制成。該集流器可以設(shè)置為例如鋁箔的金屬性箔、電鍍金屬、 或者涂敷有保護性氧化物(protectiveoxide)的金屬的形式。備選地，該集流器為裝載有導(dǎo)電顆粒如炭黑、石墨、金屬性顆?；螂婂兘饘傩灶w粒的聚合物板 或共聚物板，諸如聚乙烯或聚四氟乙烯(特氟隆)、橡膠或PVC(聚氯乙烯)。 在另一實施例中，該集流器具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括適合聚合物、金屬性箔和碳或石墨、或類似組合的交迭層。該集流器的厚度優(yōu)選在10pm至 150 的范圍內(nèi)。外部集流器(多層結(jié)構(gòu)中的最上和最下集流器)優(yōu)選由覆蓋有至少一個耐 蝕性層(例如，碳與/或適合的導(dǎo)電聚合物組合物)的金屬性箔制成。該金屬性 蕩的表面優(yōu)選被粗糙化(例如，通過金屬沉積、賊射、電子沉積、或機械粗 加工或化學(xué)蝕刻)。術(shù)語"粗糙表面"在整個說明書中用來指由于表面的小 的不規(guī)則而引起的粗糙度，該表面的小的不規(guī)則旨在使金屬性箔與應(yīng)用于其 上的耐蝕性層之間的接觸最大化。內(nèi)部集流器可以是金屬性的，或者備選地 由如上述的聚合物板或涂敷有聚合物的金屬板制成。電極可以包括碳、石墨、碳納米顆粒、富勒烯、空心石墨管、金屬性顆 粒、金屬氧化物與/或金屬鹽的顆粒、電學(xué)導(dǎo)電聚合物、醌及其衍生物、酮化 合物、多價氧化化合物、粘土、嵌入化合物、陶瓷氧化物、以及其混合物。 該電極可包含含水電解質(zhì)(酸性、堿性、或中性的)和粘結(jié)劑(有機或無機的)， 以及其它添加劑。該電極可以為箔、布或致密粉末結(jié)構(gòu)的形式。圖3A是示出制備用于本發(fā)明的雙極電容器的集流器和分隔件的預(yù)備步 驟的流程圖，其也示意性地在圖1A至1C和圖2A至2D中示出。該工藝開 始于步驟30,其中n個分隔件15安裝在n個襯墊5上(圖2A)。分隔件l5 可以由可滲透膜(例如，聚乙烯、聚四氟乙烯、烯烴、聚偏二氟乙烯(作為 Kynar⑧可購得))制成；最優(yōu)選地，分隔件由多孔膜制成。例如，4艮據(jù)一個優(yōu) 選實施例，安裝的分隔件3由25 pm厚的特氟隆基材料制成并通過傳統(tǒng)的層 壓技術(shù)安裝在150 pm厚的硅酮襯墊上。需要將分隔件介質(zhì)15安裝在襯墊上 以便在該工藝的進一 步步驟中防止分隔件的褶皺與/或塌陷的發(fā)生。接著，在步驟31,通過粘合層16來涂敷所安裝的分隔件3,以使分隔 件15夾在襯墊5與粘合層16之間。粘合層16優(yōu)選通過模板(未示出)來應(yīng)用 以用于提供由粘合劑對所安裝的分隔件3的周圍區(qū)域的完全覆蓋并用于保留 無粘合劑區(qū)域17，通過該無粘合劑區(qū)域可以接近分隔件區(qū)域7(圖2B)。以這 種方式，在應(yīng)用粘合層16的分隔件介質(zhì)15的這些區(qū)域中的孔被粘合劑堵塞。該步驟可以利用如在WO 03/071563中描述的印刷技術(shù)來完成。用于涂敷分隔件15的粘合劑可以為溶劑基壓敏粘合劑、UV基壓敏粘合劑、UV基 熱活化粘合劑、溶劑基熱活化壓敏粘合劑、熔融壓敏粘合劑、熔融熱活化粘 合劑、或具有粘合特性的任何其它聚合物的類型。例如，粘合劑可以是由 Coates制造的C-70。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，通過絲網(wǎng)印刷借助于適合的模板將15 至30pm厚的粘合層應(yīng)用到120 x 105 mm的安裝的分隔件3上，用于提供7 行和8列(例如，矩形)的約6至100 mm2的無粘合劑區(qū)域17。然后使涂敷的 分隔件4干燥去除粘合劑溶劑。該干燥可以例如在室溫或高溫下通過使分隔 件4經(jīng)過普通加熱干燥管道，或任何其它干燥處理如靜態(tài)或?qū)α鞲稍锾幚韥韯t可以重復(fù)步驟31。在步驟32中，水基聚合物18(圖2C)應(yīng)用于涂敷的分隔件4的無粘合劑 區(qū)域17。水基聚合物18為最終產(chǎn)品提供改善的保存期限。水基聚合物18 可以是水基聚合物如PVA(聚乙烯醇)、PAA(聚丙烯酸)、PEO(聚環(huán)氧乙烷)、 PEI(聚乙烯亞胺)、咪唑、或其它水基聚合物或共聚物的單一混合物或多混合 物(multi-Wend)。用于攜帶水溶性聚合物的載體可以進一步包括有機或無機 添加劑，如表面活性劑和增稠劑。在該步驟中使用的溶液可以是水基聚合物 或者水和有機溶液的組合物或者甚至有機溶液如乙醇、異丙醇或其組合。水基聚合物18可以通過絲網(wǎng)印刷來應(yīng)用。優(yōu)選地，將10至30pm厚的水基聚 合物18的層印刷到無粘合劑區(qū)域17上，從而填充可接近的分隔件區(qū)域7的 孔。如果需要，例如在室溫或在高溫下通過使應(yīng)用的水基聚合物18經(jīng)過普 通的加熱干燥管道或任何其它干燥處理，如靜態(tài)或?qū)α鞲稍锾幚韥硎蛊淝?燥。如果需要，可以重復(fù)該步驟(32)，以便在可接近的分隔件區(qū)域7的孔中 提供附加的聚合物組合物18。接著或者與步驟30至32同時地，在步驟33中，用粘合層ll涂敷每個 集流器10的一側(cè)的表面9(圖1A和1B)。粘合層11優(yōu)選借助于模板(未示出) 被應(yīng)用，用于通過粘合劑提供集流器10的周圍區(qū)域的完全覆蓋以及用于保 留無粘合劑區(qū)域12,通過該無粘合劑區(qū)域12可以接近集流器區(qū)域2(圖1B)。 涂敷的集流器6的無粘合劑區(qū)域12的位置和面積基本上對應(yīng)于涂敷的分隔 件4的無粘合劑區(qū)域17的位置和面積。類似地，該步驟可以利用普通的印刷技術(shù)來完成。用于涂敷集流器10的粘合劑可以是溶劑基壓敏粘合劑、uv基壓敏粘合劑、uv基熱活化粘合 劑、溶劑基熱活化壓敏粘合劑、熔融壓敏粘合劑、熔融熱活化粘合劑、或具有粘合特性的任何其它聚合物的類型。例如，粘合劑可以是由Coates制造的 C-70。分隔件介質(zhì)15和集流器10具有基本上相同的空間尺寸。 例如，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，外部集流器由4至100 nm的金 屬性箔制成。每一外部集流器可以由不同的材料制成，并且一個或兩個外部集流器的 寬度可以厚于內(nèi)部集流器的寬度。備選地或附加地，由如上所述的由任何適 合電學(xué)導(dǎo)電材料制成的至少一個外部集流器的內(nèi)側(cè)(即，面向分隔件介質(zhì)的 側(cè))可覆蓋有一種或多種材料，用于使其表面對電解質(zhì)滲透具有更大的抗性。 例如，外部集流器的內(nèi)側(cè)可以被非金屬性但導(dǎo)電的聚合物材料(例如， Bayt腦⑧)或氧化鈥覆蓋。內(nèi)部集流器(例如，圖4中的45-2)可由碳和聚合物板制成，或者由適合 的腐蝕耐久性金屬性箔制成。最優(yōu)選地，外部集流器為約6至20^m厚的金 屬性箔的形式，由銅、鎳或鎳涂敷的銅(其是可購得的)制成，被一層或多層 耐腐蝕層(由碳與/或適合的聚合物組合物制成)覆蓋，所述層的厚度在30至 150pm的范圍內(nèi)；優(yōu)選地將約lOOiim厚度的層應(yīng)用到所述箔上。耐腐蝕層 可以借助于耐腐蝕性電學(xué)導(dǎo)電粘合層(例如，5至40pm)而附著至金屬性箔。 金屬性箔的表面優(yōu)選被粗糙化以便使耐腐蝕層與金屬性箔的表面之間的接 觸最大化。例如可以通過金屬沉積、濺射、電子沉積、或機械粗加工或化學(xué) 蝕刻來獲得金屬性箔表面的粗加工。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，借助于適合的模板通過絲網(wǎng)印刷將15 至30 pm厚的粘合層應(yīng)用至具有約30至70 jLim厚度的約10.5 x 15 mm的集 流器10，用于提供12行和12歹ij(例如，矩形)的約10 x 10 mm的無粘合劑區(qū) 域12。然后，使涂敷的集流器6干燥去除粘合劑溶劑。例如可以通過在室溫 或在高溫下通過使其經(jīng)過普通的加熱干燥管道或任何其它干燥處理，如靜態(tài) 或?qū)α鞲稍锾幚韥韺嵤┰摳稍铩Ｈ绻枰郊拥恼澈蠈?，則可以重復(fù)該步驟 (33),從而在涂敷的集流器6上獲得較厚的粘合層U。圖3B是說明構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的能量存儲裝置的步驟的流程圖，其也在 圖4中說明。在步驟34,放置疊層的第一層，其中疊層的底層45-l(圖4),即外部集流器，被放置成使得其涂敷的表面9朝向上。在步驟35,電極19(圖 2D)應(yīng)用于涂敷的分隔件4的無粘合劑區(qū)域17。電極19可以利用傳統(tǒng)的適 合的電極組合物來制備，例如在WO 03/071563中描述的碳基組合物(其包含 含水電解質(zhì))，并且這些電極組合物優(yōu)選利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)或者例如模板技 術(shù)的其它技術(shù)通過適合的絲網(wǎng)No. 40至200(例如，諸如但不限于不銹鋼絲 網(wǎng)、涂敷的不銹鋼絲網(wǎng)、或聚酯絲網(wǎng))來應(yīng)用。這樣的絲網(wǎng)可以利用適合的 感光乳膠或其它掩模技術(shù)來顯影，使用如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)。在將電極19應(yīng)用于涂敷的分隔件4之后，完成分隔件層46的制備。在 步驟36中，(可選地)執(zhí)行吸干(blotting)、或其它干燥處理，其中壓縮電極并 通過吸收材料(absorbent material)吸收過量的電解質(zhì)。例如，吸干材料(未示 出)置于電極19上，并且通過吸干方法施加壓力以去除吸收在吸干材料中的 過量的電解質(zhì)。然后，從電極19中去除吸干材料并丟棄。在步驟37中，將 分隔件(例如，第一電池48-1的分隔件46-1)放置在疊層上，使得包含電極 19的側(cè)面覆蓋先前放置的集流器(例如，45-1)的上側(cè)。然后例如在高溫和高 壓下，在部分真空或完全真空下通過將它們焊接在一起而使分隔件46附著 到集流器45。可以通過層的熱焊接或脈沖熱焊接或其它焊接技術(shù)來執(zhí)行該焊 接。在將分隔件46附著到集流器45之后，從分隔件的上側(cè)去除襯墊5。如果在步驟38中確定，最后的分隔件層(46-n)在先前步驟(37)中置于該 疊層內(nèi)，則通過實施步驟42至44來結(jié)束工藝。在步驟42,電極13(圖1C) 應(yīng)用于涂敷的集流器6的無粘合劑區(qū)域12。電極13優(yōu)選包括與在電極19 中相同的成分，并且它們優(yōu)選通過如步驟35的適合的絲網(wǎng)被應(yīng)用。在執(zhí)行(可 選的)吸干(或干燥)步驟43以后，完成最上(外部)集流器45-(n+l)的制備，其 中過量的電解質(zhì)在壓力下被吸收到吸干材料(未示出)中，如上面步驟36所 述。最后，在步驟44，將最上集流器45-(n+l)置于疊層中的最后分隔件層 46-n上，使得包含電極13的最上集流器45-(n+l)的側(cè)面覆蓋先前放置的分 隔件層46-n的上側(cè)。然后例如在高溫和高壓下、在部分真空或完全真空下通過將它們焊接在 一起而使最上集流器45-(n+l)附著到先前放置的分隔件層46-n?？梢酝ㄟ^層 的熱焊接或脈沖熱焊接或其它焊接技術(shù)來^l行該焊接。如果在步驟38中確定，附加的電池層應(yīng)當(dāng)添加到疊層中，則在步驟39-41 中制備并放置內(nèi)部集流器，然后通過轉(zhuǎn)移控制到步驟35而添加新的電池。，45-2)的制備包括將電極13(步驟39)應(yīng)用于涂敷的集流器 6的無粘合劑區(qū)域12，在(可選的)吸干或干燥步驟40中去除過量的電解質(zhì)， 以及在步驟41中將內(nèi)部集流器連接至先前放置的分隔件(例如，46-1),使得 包含電極13的集流器的側(cè)面覆蓋先前放置的分隔件層的上側(cè)。然后，例如 在高溫和高壓下、在部分真空或完全真空下通過將它們焊接在一起而將內(nèi)部 集流器附著到先前放置的分隔件層。可以通過層的熱焊接或脈沖熱焊接或其 它焊接技術(shù)來執(zhí)行該焊接。圖5示出了包括多個能量存儲裝置50的疊層55的多層構(gòu)造。在該示例中，每個能量存儲裝置50由5個(n-5)電池48-1、 48-2.....48-5構(gòu)成。當(dāng)使用涂敷有約50至90 pm的膠層(glue layer)的10至30 pm厚的分隔件介質(zhì) 15，以及涂敷有約5至40jim的膠層的40至70(im厚的集流器時，這樣的 疊層55的寬度w為約1至1.2mm。如上所示例性說明，該多層構(gòu)造包括5 個分隔件；4個內(nèi)部集流器，每個內(nèi)部集流器包括電極；以及2個外部集流 器，其中僅最上的外部集流器包括電極。通過剪刀或刀片或其它器械可以容 易地從疊層55切斷能量存儲裝置50。當(dāng)然可以構(gòu)造類似的多層疊層，其中電極也設(shè)置在位于疊層底部的外部 集流器上。在這種情況下，可以制備并放置置于位于疊層底部的外部集流器 的頂部上的分隔件，而無需進行步驟35,即無需將電極應(yīng)用于其無粘合劑區(qū) 域。圖6A示出了單個電池電容器產(chǎn)品60。電容器60包括多層能量存儲裝 置50和兩條布線或扁平電纜引線61,該兩條布線或扁平電纜引線61優(yōu)選通 過焊接或通過利用導(dǎo)電環(huán)氧膠而附著到多層能量存儲裝置50的外部集流器。 圖6B示出了 m個電池電容器產(chǎn)品62，其中m個多層能量存儲裝置50-1、50-2、 50-3.....50-m的疊層串聯(lián)堆疊以形成并聯(lián)電容器產(chǎn)品62。在該并聯(lián)電容器產(chǎn)品62中，引線61附著到多層能量存儲裝置50-1的(底部)外部集流 器并且附著到多層能量存儲裝置50-m的(上部)外部集流器。圖6C示出了 m個電池電容器產(chǎn)品66，其中m個多層能量存儲裝置50-l、50-2、 50-3.....50-m串聯(lián)連接以形成串聯(lián)電容器產(chǎn)品66。如所示，m-l個導(dǎo)電介質(zhì)65(例如，金屬性箔)將多層能量存儲裝置50-1、 50-2、 50-3.....50-m以及引線61串聯(lián)地連接到多層能量存儲裝置50-1和50-m的集流器。所有上述參數(shù)僅作為示例給出，并且可以根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的不圍。當(dāng)然，已提供的上述示例和描述僅用于說明的目的，并且并不用于以任 何方式限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明可以采用超過一種上文 所述的技術(shù)以各種變化來完成，而均不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種包括一個或多個電池的能量存儲裝置，其中每個電池由一對電極以及置于該對電極之間的分隔件來限定，其中每個電池被兩個集流器束縛，所述分隔件的幾何形狀和尺寸與所述集流器的形狀和尺寸相同，且其中在每個電池中，一個電極印刷在所述兩個集流器之一上，且另一電極印刷在所述分隔件的一個面上，所述兩個電極通過所述分隔件而電絕緣，以及其中所述分隔件的包圍印刷于其上的電極的外圍區(qū)域被密封。
2. 如權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述分隔件的包圍印刷于其 上的電極的密封的外圍區(qū)域浸漬有電學(xué)非導(dǎo)電粘合劑。
3. 如權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其包括多個電池，所述多個電池 串聯(lián)地電連接在位于兩個外部集流器之間的疊層結(jié)構(gòu)中。
4. 如權(quán)利要求3所述的能量存儲裝置，其為雙極電化學(xué)電容器。
5. 如權(quán)利要求3所述的能量存儲裝置，其中所述外部集流器由可選地被 一個或多個耐腐蝕層覆蓋的金屬性箔制成。
6. 如權(quán)利要求5所述的能量存儲裝置，其中一個或多個所述耐腐蝕層包 括碳與/或?qū)щ娋酆衔铩?br> 7. 如權(quán)利要求5所述的能量存儲裝置，其中所述金屬性箔的表面是具有 增加的接觸表面積的粗糙表面。
8. 如權(quán)利要求3所述的能量存儲裝置，其中所述內(nèi)部集流器由導(dǎo)電聚合 物板、金屬板或涂敷有導(dǎo)電聚合物的金屬板制成。
9. 一種多層結(jié)構(gòu)的制備方法，所述多層結(jié)構(gòu)包括一個或多個如權(quán)利要求 l所述的能量存儲裝置，所述方法包括提供n+l個集流器和n個分隔件；密封每個所述n個分隔件中的外圍區(qū) 域中的孔，從而在每個所述分隔件中形成一個或多個離散的非密封區(qū)域；將 電極印刷到每個所述分隔件的所述一個或多個非密封區(qū)域上；將一個或多個 電極印刷到選自所述n+l個集流器的n個集流器的每一個的一側(cè)上，使得每 個所述n個集流器僅一個面上沉積有電極；交替地布置所述n+l個集流器和 所述n個分隔件以形成多層結(jié)構(gòu)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中印刷在每個所述n個分隔件上的 離散電極區(qū)域在數(shù)目、尺寸、形狀和位置上與印刷在每個所述n個集流器上的電才及相對應(yīng)。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述密封包括在每個所述n個分隔件的一側(cè)上應(yīng)用電學(xué)非導(dǎo)電材料，使得所述非導(dǎo)電材料密封所述分隔件的 其外圍區(qū)域中的孔，由此一個或多個離散非密封區(qū)域形成在所述分隔件中。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在在所述分隔件上密封和印刷 之前，先將每個所述分隔件安裝在支撐體上，在將所述分隔件置于所述多層 結(jié)構(gòu)內(nèi)之后使所述支撐體與所述分隔件分離。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括從印刷的電極中去除過量的電 解質(zhì)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述去除包括干燥所述電極，與 /或通過可選地在壓力下放置在所述電極上的吸收劑而從所述電極中吸收電解質(zhì)。
15. —種適用于電化學(xué)電池中的分隔件，所述分隔件包括其上印刷有 一個或多個電極的薄多孔膜或膜，其中每一 電極被所述分隔件的密封區(qū)域包 圍，所述密封區(qū)域中的孔浸漬有電學(xué)非導(dǎo)電粘合劑。
全文摘要
一種包括一個或多個電池的能量存儲裝置，其中每個電池由一對電極以及置于該對電極之間的分隔件來限定，其中每個電池被兩個集流器束縛，所述分隔件的幾何形狀和尺寸與所述集流器的形狀和尺寸相同，且其中在每個電池中，一個電極印刷在所述兩個集流器之一上，且另一電極印刷在所述分隔件的一個面上，所述兩個電極通過所述分隔件而電絕緣，以及其中所述分隔件的包圍印刷于其上的電極的外圍區(qū)域被密封。
文檔編號H01G9/155GK101273426SQ200680035894
公開日2008年9月24日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者喬爾·蘭 申請人:塞勒吉有限公司