具有柔性金屬接觸電流收集器的電化學(xué)能量存儲裝置和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明領(lǐng)域一般涉及電化學(xué)能量存儲裝置，并且更特別地涉及雙電層電容器(EDLC)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在電系統(tǒng)中，次級電流源使得可以對外部電路積累、存儲并且釋放電功率。在這些次級源中有傳統(tǒng)電池、傳統(tǒng)電容器和電化學(xué)電容器。該類型已知裝置包括在充滿電解質(zhì)的殼體內(nèi)側(cè)的能量存儲元件，和用于將能量存儲元件連接到電路的端子。在這種裝置的制造中，建立到能量存儲元件的電連接在一些方面中可能有問題，并且需要改進(jìn)。
【附圖說明】
[0003]參考以下附圖描述了非限制性和非窮舉實(shí)施例，其中貫穿各個附圖相同的參考標(biāo)記指相同的部件，除非另外指明。
[0004]圖1是電化學(xué)能量存儲裝置的示例性實(shí)施例的剖面視圖。
[0005]圖2是在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲裝置的第一部分的放大視圖。
[0006]圖3是在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲裝置的第二部分的放大視圖。
[0007]圖4是用于在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲裝置的柔性電流收集器的第一示例性實(shí)施例的透視圖。
[0008]圖5是用于在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲裝置的柔性電流收集器的第二示例性實(shí)施例的透視圖。
[0009]圖6是用于在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲裝置的柔性電流收集器的第三示例性實(shí)施例的透視圖。
[0010]圖7是用于在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲裝置的柔性電流收集器的第四示例性實(shí)施例的透視圖。
[0011]圖8是用于在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲裝置的密封構(gòu)件的第一示例性實(shí)施例的第一剖面視圖。
[0012]圖9是用于在圖1中示出的電化學(xué)能量存儲裝置的密封構(gòu)件的第二示例性實(shí)施例的第二剖面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)代電化學(xué)能量存儲裝置(包括但不限于雙電層電容器(EDLC)裝置)一般包括有時稱為罐子的殼體，和在罐子中的至少一個能量存儲單元。同樣提供端子用于將裝置的能量存儲單元連接到外部電路。
[0014]電化學(xué)雙層電容器(EDLC)利用兩個高表面區(qū)域電極，并且在電解質(zhì)溶液中的離子和在電極表面上的電子之間的靜電場中存儲能量。這種裝置通常使用液相電解質(zhì)，因此在殼體中含有電解質(zhì)以及防止外部環(huán)境的污染對該裝置適當(dāng)運(yùn)行并且最大化它們的工作壽命是至關(guān)重要的。因此，對該系統(tǒng)提供適當(dāng)密封的容器對于EDLC裝置的結(jié)構(gòu)是很重要的。
[0015]由于電極的靜電性質(zhì)，EDLC可被非常迅速地充電和放電。通常，在EDLC的充電/放電速率和效率中的限制因素是在到裝置的正端子和負(fù)端子的電極之間的電連接。不僅這種電連接難以在第一位置中建立，而且它們傾向于產(chǎn)生趨向于增加ELDC裝置的直流電阻(DCR)的相對高的電阻。隨著較高的DCR不利地影響ELDC裝置的性能，需要降低這種裝置的DCR，但是傳統(tǒng)上已經(jīng)難以可靠并且有效地實(shí)現(xiàn)。
[0016]在某些類型的EDLC器件中，存儲單元的正電極和負(fù)電極常常卷繞成通常被稱為膠質(zhì)卷(jelly roll)封裝的層狀圓柱形封裝，該膠質(zhì)卷封裝同樣包括在緊湊的包裝中提供一個或多個能量存儲單元的分離器元件。膠質(zhì)卷封裝以有時在本領(lǐng)域中被稱為罐子的殼體組裝，并且膠質(zhì)卷然后采用在殼體內(nèi)側(cè)使用的電解質(zhì)溶液浸漬。同樣提供了一個或多個電流收集器來建立在膠質(zhì)卷的正電極和負(fù)電極與向外部電路提供電路連接的正端子和負(fù)端子之間的電連接。
[0017]在一個已知的EDLC結(jié)構(gòu)中，ELDC裝置的正端子或負(fù)端子可被連接到連接器板的襟片(tab)，該連接器襟片轉(zhuǎn)而連接到膠質(zhì)卷的一個或多個相應(yīng)的正電極或負(fù)電極。在該類型的EDLC裝置中，多個連接器襟片通常通過冷焊接成電極形狀來接合，或直接切割成電極形狀?？商峁┮粋€或多個連接器襟片用于在膠質(zhì)卷中的每一個相應(yīng)的正電極或負(fù)電極。連接器襟片通常以相對于膠質(zhì)卷的同一方向來取向，以使到EDLC裝置的正端子或負(fù)端子的連接簡化。然而，以適當(dāng)?shù)男螤罱M裝連接器襟片并且建立到電極的連接是枯燥的任務(wù)，并且可導(dǎo)致相對復(fù)雜并且昂貴的EDLC裝置的結(jié)構(gòu)。該類型的結(jié)構(gòu)同樣趨向于產(chǎn)生增加的而不是減少的制造裝置的DCR。
[0018]在上述類型的裝置中，一旦膠質(zhì)卷和電極在其中組裝，則金屬殼體或罐子可以采用由塑料制成并且包括嵌入在其中的導(dǎo)電端子的非導(dǎo)電蓋子來封閉。橡膠或聚合物塞子(bung)或墊圈例如可在蓋子的周邊周圍延伸，并且可被卷曲成密封罐子和蓋子連接的橡膠或聚合物。對于小的裝置，蓋子可被省略并且小孔可通過塞子來提供，并且連接到膠質(zhì)卷的端子引線可通過孔延伸。罐子可變形以壓縮塞子并且密封組件。這種方法可呈現(xiàn)由于不完全密封導(dǎo)致的可靠性問題，并且與電極的有限電接觸可影響使用中裝置的性能。
[0019]在其它類型的已知EDLC結(jié)構(gòu)中，膠質(zhì)卷可包括偏移電極以使得裸金屬表面暴露在膠質(zhì)卷的任一端上，以暴露電極的每一個相應(yīng)端。暴露的金屬表面可被壓扁以在膠質(zhì)卷端上產(chǎn)生平坦的表面，該膠質(zhì)卷端然后可經(jīng)由在一個示例中的已知激光焊接工藝來連接到平坦的收集器板。在焊接到膠質(zhì)卷之后，連接器板然后通常經(jīng)由在一個示例中的已知激光焊接工藝，通過罐子或通過罐子的背側(cè)來連接到EDLC的罐子。電流收集器到罐子的焊接可有效地使罐子成為在裝置中電流收集器中的一個電流收集器。在一些方面中，該結(jié)構(gòu)比上述的連接器襟片結(jié)構(gòu)更簡單，并且可提供具有降低的DCR的裝置，但也不是沒有其缺點(diǎn)。
[0020]具體地，收集器板到罐子的激光焊接在可靠完成的制造中是困難的步驟。如果焊接有缺陷或有瑕疵，則收集器板可完全或部分地與罐子分離，并且在制造的裝置中呈現(xiàn)可靠性問題和性能變化。有缺陷或有瑕疵的焊接可同樣產(chǎn)生在構(gòu)造裝置中的空隙，通過該空隙空氣可進(jìn)入到裝置中或電解質(zhì)可從該空隙溢出，同樣在制造的裝置中呈現(xiàn)可靠性問題和性能變化。當(dāng)制造的裝置在使用中受到振動或沖擊時，電流收集器板直接到罐子的激光焊接同樣可能是有問題的，因?yàn)樵谘b置操作的同時以另外方式可接受的焊接接頭可能受沖擊和振動損害。如果損害可能并且當(dāng)它發(fā)生時，該裝置和相關(guān)電路可能不利地受損。
[0021]在上述類型的裝置中，導(dǎo)電蓋子可耦接到膠質(zhì)卷的相對側(cè)，而不是激光焊接到罐子，其中非導(dǎo)電塑料膜例如提供在導(dǎo)電罐子和導(dǎo)電蓋子之間的電隔離。該罐子可然后卷曲以密封組件?？赏瑯犹峁㎡形密封件或墊圈以改進(jìn)蓋子和罐子的密封。然而這種方法可呈現(xiàn)由于不完全密封導(dǎo)致的可靠性問題。
[0022]在下文中描述了克服本領(lǐng)域中這些和其它缺點(diǎn)的電化學(xué)能量存儲裝置的示例性實(shí)施例。具體地，描述了包括但不必限于EDLC裝置的電化學(xué)能量存儲裝置的示例性實(shí)施例，該電化學(xué)能量存儲裝置可以成本經(jīng)濟(jì)的方式來相對簡單地制造，同時避免在裝置內(nèi)部上的收集器板到裝置外部罐子的焊接及其附帶缺點(diǎn)，并且此外同時提供改進(jìn)的裝置密封。將部分明確地討論并且從以下的描述中部分地顯而易見方法的方面。同樣，雖然在EDLC裝置的上下文中進(jìn)行了描述，但是以下描述的概念可適用于其它類型的能量存儲裝置，包括但不限于電池裝置。
[0023]圖1示出包括殼體102和在殼體102中至少一個能量存儲元件104的電化學(xué)能量存儲裝置100的示例性實(shí)施例。當(dāng)殼體102充滿電解質(zhì)以浸漬存儲元件104時，存儲元件104可操作以從外部電路存儲電能并且對外部電路釋放電能。裝置100同樣包括耦接到殼體102的蓋子106。
[0024]在預(yù)期實(shí)施例中的蓋子106由導(dǎo)電材料制成，并且包括用于建立在外部電路和存儲單元104 —側(cè)之間的電連接而與此形成的金屬觸點(diǎn)或端子凸耳108。蓋子106密封地耦接到殼體102，并且同樣與殼體102電隔離，如下所述。
[0025]在所示示例中的殼體102是具有第一端112、與第一端112相對的第二端114和在第一端112和第二端114之間延伸的圓柱形側(cè)壁116的大致細(xì)長的圓柱形元件。在所示示例中的第一端114包括一般平坦并且平面的端壁118，并且包括用于到電路的連接的金屬觸點(diǎn)或端子凸耳120。第二端114形成有附接到如下所述的蓋子106的開口端。在第一端112和第二端114之間的側(cè)壁116—般在橫截面中是圓形的，并且對于在第一端112和第二端114之間測量的大多數(shù)其軸向長度具有恒定直徑。
[0026]殼體102包括在每一個相應(yīng)端112、114處的限制或凹入(indented)部分122、124。限制部分122有利于與下面進(jìn)一步解釋的能量存儲元件104和殼體102的電接觸，而限制部分124有利于蓋子106的連接和存儲元件104的密封。存儲元件104在殼體第一端112、側(cè)壁116和蓋子106之間限定的殼體102中的容器126中延伸。在示例性實(shí)施例中殼體102可使用已知技術(shù)由諸如在示例性實(shí)施例中的鋼或鋁的金屬形成。殼體102通常稱為罐子。在預(yù)期實(shí)施例中，罐子102由包括但不限于鋼或鋁的金屬以已知方式制成。在裝置100的組件部分如下