[go: up one dir, main page]

CN117153574A - 用于超级电容器模块的互连条 - Google Patents

用于超级电容器模块的互连条 Download PDF

Info

Publication number
CN117153574A
CN117153574A CN202311118529.9A CN202311118529A CN117153574A CN 117153574 A CN117153574 A CN 117153574A CN 202311118529 A CN202311118529 A CN 202311118529A CN 117153574 A CN117153574 A CN 117153574A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
terminal
strip
electrode
supercapacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311118529.9A
Other languages
English (en)
Inventor
J·R·诺普辛德
S·汉森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Avx Components Co ltd
Original Assignee
Kyocera Avx Components Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Avx Components Co ltd filed Critical Kyocera Avx Components Co ltd
Publication of CN117153574A publication Critical patent/CN117153574A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/74—Terminals, e.g. extensions of current collectors
    • H01G11/76—Terminals, e.g. extensions of current collectors specially adapted for integration in multiple or stacked hybrid or EDL capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66—Current collectors
    • H01G11/72—Current collectors specially adapted for integration in multiple or stacked hybrid or EDL capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/12—Braided wires or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/10—Multiple hybrid or EDL capacitors, e.g. arrays or modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H01G11/28—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features arranged or disposed on a current collector; Layers or phases between electrodes and current collectors, e.g. adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/78—Cases; Housings; Encapsulations; Mountings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/52—Separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54—Electrolytes
    • H01G11/58—Liquid electrolytes
    • H01G11/60—Liquid electrolytes characterised by the solvent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66—Current collectors
    • H01G11/68—Current collectors characterised by their material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

提供了一种模块，其包括具有第一端子的第一超级电容器、具有第二端子的第二超级电容器，以及互连条。互连条包含位于第一附接部分和第二附接部分之间的中心部分。第一超级电容器的第一端子连接到所述条的第一附接部分，第二超级电容器的第二端子连接到所述条的第二附接部分。此外，中心部分由柔性导电材料形成。

Description

用于超级电容器模块的互连条
本申请是申请号为201880032700.5、申请日为2018年6月19日、发明名称为“用于超级电容器模块的互连条”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2017年6月30日的美国临时专利申请序列号
62/527,345的申请权益，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
电能存储单元被广泛用于向电子、机电、电化学和其他有用的设备供电。例如，双电层超级电容器通常使用一对可极化电极，其包含浸渍有液体电解质的碳颗粒(例如，活性炭)。由于颗粒的有效表面积和电极之间的小间距，可以实现大的电容值。在某些情况下，可以将各个双层电容器组合在一起以形成具有升高的输出电压或增加的能量容量的模块。模块内的电容器通常通过焊接到端子的汇流条连接在一起。然而，这种模块的一个问题是它们对在安装或使用期间可能发生的振动力相对敏感。也就是说，强大的振动力有时会导致连接损坏甚至破裂，从而可能导致不良的电气性能。因此，当前需要一种超级电容器模块，其能够承受多种条件而不会牺牲电性能。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种模块，该模块包括具有第一端子的第一超级电容器、具有第二端子的第二超级电容器以及互连条。互连条包含位于第一附接部分和第二附接部分之间的中心部分。第一超级电容器的第一端子连接到所述条的第一附接部分，第二超级电容器的第二端子连接到所述条的第二附接部分。此外，中心部分由柔性导电材料形成。
本发明的其他特征和方面在下面更详细地阐述。
附图说明
在本说明书的参考了附图的其余部分中，更具体地阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整而可行的公开，包括其最佳模式，在附图中：
图1是示出本发明的模块的一个实施例的一部分的透视图；
图2是图1的模块的顶视图；
图3是可用于本发明的模块中的互连条的一个实施例的顶视图；和
图4是可以在本发明的模块中使用的超级电容器的一个实施例的示意图。
在本说明书和附图中参考标记的重复使用旨在表示本发明的相同或相似特征或元件。
具体实施方式
本领域普通技术人员应理解，本讨论仅是对示例性实施例的描述，而无意于限制本发明的更广泛的方面，所述更广泛的方面实施在示例性构造中。
一般而言，本发明针对一种模块，其包含具有第一端子(例如，正极端子)的第一超级电容器和具有第二端子(例如，正极或负极端子)的第二超级电容器。超级电容器的第一和第二端子通过互连条连接在一起，该互连条的至少一部分由柔性导电材料形成。例如，互连条通常包含中心部分，该中心部分位于位于该条的相对端的第一和第二附接部分之间。通过有选择地控制这些部分的几何形状以及它们的形成方式，可以使中心部分具有柔性，因为当施加振动力时，中心部分能够在一个或多个方向上变形。以这种方式，模块可以在广泛的各种条件下保持良好的电性能。
参照图3，更详细地示出了互连条110的一个特定实施例。如图所示，条110包含位于第一附接部分116和第二附接部分118之间的中心部分112。可以使用本领域中已知的多种技术使中心部分112挠性。例如，在某些实施例中，中心部分112可以由柔性导电材料形成，该柔性导电材料为一个或多个导线、编织物、线圈、片材、棒等的形式。在一个实施例中，例如，柔性导电材料可以是包含一个或多个薄导电层的片材形式。然而，在另一实施例中，如图3所示，柔性导电材料可以是编织物114的形式。不管其形式如何，都可以采用多种不同的导电材料中的任何一种，例如铜、锡、镍、铝等，以及合金和/或涂层金属。如果需要，导电材料可以可选地用护套材料绝缘。
除了控制柔性导电材料的材料和形式之外，中心部分112的几何形状也可以被控制以帮助提供期望的柔性程度。例如，中心部分112的长度(“L1”)与条的长度(“L2”)之比通常被选择为落入从约0.6到约0.95的范围内，在一些实施例中从约0.7至约0.9，在一些实施例中为从约0.75至约0.85。中心部分112的长度可以例如在从约50至约500毫米的范围内，在一些实施例中在从约70至约400毫米的范围内，并且在一些实施例中，在从约80至约300毫米的范围内，整个条110可为从约60至约600毫米，在一些实施例中为从约80至约500毫米，并且在一些实施例中，为从约100至约400毫米。条的宽度“W”同样可以在从约1至约50毫米的范围内，在一些实施例中在约5至约40毫米的范围内，并且在一些实施例中，在从约10至约20毫米的范围内，而厚度或高度可以在从约0.05至约10毫米的范围内，在一些实施例中为从约0.1至约8毫米，并且在一些实施例中，为从约0.5至约5毫米。
互连条110附接到超级电容器的方式可以如本领域中已知的那样变化。例如，在一个实施例中，例如，第一附接部分116限定第一开口162，第二附接部分118限定第二开口164。开口162和164通常被构造成接收不同超级电容器的端子。参照图1-2，例如，示出了模块100，其包含通过互连条110的附接部分116和118连接在一起的第一超级电容器120和第二超级电容器130。更具体地，在所示的实施例中，第一超级电容器120(未示出)的端子插入到开口162中，并通过紧固装置150连接到条110。类似地，第二超级电容器130的端子(未示出)插入到开口164中，并通过另一个紧固装置160连接到条110，该另一紧固装置可以与紧固装置150相同或不同。合适的紧固装置可以包括例如螺母、垫圈、螺栓、螺钉、压缩或膨胀配件等。如果需要，可以将紧固装置进一步结合(例如，焊接，粘合地附接，超声结合等)到附接部分，以确保它们剥离保持牢固地连接到超级电容器。当然，在替代实施例中，可以省去紧固装置，并且可以仅使用其他技术(例如通过焊接)将条连接。如本领域中已知的，取决于所需的特定性能，超级电容器可以串联或并联电连接在一起。例如，超级电容器可以串联电连接，使得一个超级电容器的某个极性(例如，正极)的端子连接到另一超级电容器的相反极性(例如，负极)的端子。例如，在图1-2中，正极端子可以从第一超级电容器120的顶部122延伸，负极端子可以从第二超级电容器130的底部132延伸。
图1-2所示的模块100包含根据本发明连接在一起的两个超级电容器。当然，应当理解，模块可以包含附加的超级电容器，例如4个或更多，在一些实施例中为6个或更多，并且在一些实施例中，为8至30个单独的超级电容器。可以使用互连条或通过其他技术来连接附加的超级电容器。例如，图3所示的互连条110也可以用于将第三和第四超级电容器连接在一起。在这样的实施例中，位于第一超级电容器120的底部(例如，未示出)的负端子可以连接至第三超级电容器的正端子，并且位于第二超级电容器130的顶部(未示出)的正端子可以连接到第四超级电容器的负极端子。当然，如本领域技术人员将理解的，超级电容器的具体数量及其连接方式将取决于模块所需的电性能。
通常可以在本发明的模块中采用各种不同的单个超级电容器中的任何一个。然而，一般而言，超级电容器包含电极组件和包含的电解质，并且可选地将其气密密封在壳体内。电极组件可以例如包含：第一电极，其包含电耦接至第一电流收集器的第一碳质涂层(例如，活性炭颗粒)；以及第二电极，其包含第二碳质涂层(例如，活性炭颗粒)，其电耦接到第二电流收集器。应该理解的是，如果需要的话，也可以采用附加的电流收集器，特别是如果超级电容器包括多个储能单元的话。电流收集器可以由相同或不同的材料形成。无论如何，每个电流收集器通常由包括导电金属(例如铝、不锈钢、镍、银、钯等)及其合金的基底形成。铝和铝合金特别适用于本发明。基底可以是箔、片材、板、网眼等形式。基底还可以具有相对较小的厚度，例如约200微米或更小，在一些实施例中为从约1至约100微米，在一些实施例中，从约5到约80微米，以及在一些实施例中，从约10到约50微米。尽管绝非必需，但可以通过例如清洗、蚀刻、喷砂等方法使基底表面粗糙化。
第一和第二碳质涂层也分别电耦接到第一和第二电流收集器。尽管它们可以由相同或不同类型的材料形成并且可以包含一层或多层，但是每个碳质涂层通常包含至少一层包含活化颗粒的层。例如，在某些实施例中，活性炭层可以直接位于电流收集器上方，并且可以任选地是碳质涂层的唯一层。合适的活性炭颗粒的示例可以包括例如椰子壳基活性炭、石油焦基活性炭、沥青基活性炭、聚偏二氯乙烯基活性炭、酚醛树脂基活性炭、聚丙烯腈基活性炭以及来自于诸如煤炭、木炭或其他天然有机资源的活性碳。
在某些实施例中，可能期望选择性地控制活性炭颗粒的某些方面，例如它们的颗粒尺寸分布、表面积和孔尺寸分布，以帮助改善某些类型的电解质在经受一种或多种充放电循环之后的离子迁移率。例如，按体积计，至少50％的颗粒(D50尺寸)可具有的尺寸范围为从约0.01至约30微米，在一些实施例中为从约0.1至约20微米，并且在一些实施例中，为从约0.5至约10微米。按体积计，至少90％的颗粒(D90尺寸)可以同样具有的尺寸范围为从约2至约40微米，在一些实施例中为从约5至约30微米，并且在一些实施例中，为从约6至15微米。BET表面的范围还可为约从900m2/g至约3,000m2/g，在一些实施例中为从约1,000m2/g至约2,500m2/g，在一些实施例中为从约1,100m2/g至约1,800m2/g。
除了具有一定的尺寸和表面积之外，活性炭颗粒还可以包含具有一定的尺寸分布的孔。例如，尺寸小于约2纳米的孔(即“微孔”)可提供约50体积％或更少的孔体积，在一些实施例中约30体积％或更少，并且在一些实施例中从总孔体积的0.1体积％至15体积％。尺寸在约2纳米至约50纳米之间的孔的量(即“中孔”)可同样为从约20体积％至约80体积％，在一些实施例中为从约25体积％至约75体积％，并且在一些实施例中，为从约35％体积至约65％体积。最后，尺寸大于约50纳米的孔(即“大孔”)的量可以为从约1体积％至约50体积％，在一些实施例中为从约5体积％至约40体积％，在一些实施例中，为从约10体积％至约35体积％。碳颗粒的总孔体积的范围可以为从约0.2cm3/g至约1.5cm3/g，并且在一些实施例中，为从约0.4cm3/g至约1.0cm3/g，并且中孔宽度可以为约8纳米或更小，在一些实施例中为从约1至约5纳米，并且在一些实施例中，为从约2至约4纳米。可以使用氮吸附来测量孔尺寸和总孔体积，并通过本领域公知的巴雷特-乔伊纳-哈伦达(Barrett-Joyner-Halenda)(“BJH”)技术来分析。
如果需要，粘合剂的存在量为每100份第一和/或第二碳质涂层中碳约60份或更少，在一些实施例中为40份或更少，并且在一些实施例中，从约1至约25份。粘合剂可以例如占碳质涂层的总重量的约15重量％或更少，在一些实施例中约10重量％或更少，并且在一些实施例中，从约0.5重量％至约5重量％。电极中可以使用多种合适的粘合剂中的任何一种。例如，在某些实施例中可以使用水不溶性有机粘合剂，例如苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙酸乙烯酯均聚物、乙酸乙烯酯乙烯共聚物、乙酸乙烯酯丙烯酸共聚物、乙烯-氯乙烯共聚物、乙烯-氯乙烯-醋酸乙烯三元共聚物、丙烯酸类聚氯乙烯聚合物、丙烯酸类聚合物、腈类聚合物，含氟聚合物如聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯、聚烯烃等，及其混合物。也可以使用水溶性有机粘合剂，例如多糖及其衍生物。在一个特定的实施例中，多糖可以是非离子纤维素醚，例如烷基纤维素醚(例如，甲基纤维素和乙基纤维素)；和羟烷基纤维素醚(例如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基羟丁基纤维素、羟乙基羟丙基纤维素、羟乙基羟丁基纤维素、羟乙基羟丙基羟丁基纤维素等)；烷基羟烷基纤维素醚(例如甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、乙基羟丙基纤维素、甲基乙基羟乙基纤维素和甲基乙基羟丙基纤维素)；羧烷基纤维素醚(例如羧甲基纤维素)；等等，以及前述任何一种的质子化盐，例如羧甲基纤维素钠。
在第一和/或第二碳质涂层的活性炭层内和/或在第一和/或第二碳质涂层的其他层内也可以采用其他材料。例如，在某些实施例中，可以采用电导率促进剂来进一步增加电导率。示例性的电导率促进剂可包括例如炭黑、石墨(天然或人造)、石墨、碳纳米管，纳米线或纳米管、金属纤维、石墨烯等，以及它们的混合物。炭黑是特别合适的。当使用时，电导率促进剂通常占碳质涂层中每100份活性炭颗粒约60份或更少，在一些实施例中为40份或更少，并且在一些实施例中，为从约1至约25份。导电率促进剂可例如占碳质涂层的总重量的约15重量％或更少，在一些实施例中约10重量％或更少，并且在一些实施例中，从约0.5重量％至约5重量％。活性炭颗粒通常同样占碳质涂层的85重量％或更多，在一些实施例中为约90重量％或更多，并且在一些实施例中，为从约95重量％至约99.5重量％。
如本领域技术人员所公知的，将碳质涂层施加到电流收集器上的特定方式可以变化，例如印刷(例如轮转凹版印刷)、喷涂、狭缝模头涂覆、滴涂、浸涂。不管其施加方式如何，通常将所得电极干燥以从涂层中去除水分，例如在约100℃或更高的温度下，在一些实施例中为约200℃或更高的温度下，以及在一些实施例中，为在从约300℃至约500℃的温度下。电极也可以被压缩(例如压延)以优化超级电容器的体积效率。在任何任选的压缩之后，每个碳质涂层的厚度通常可以基于所需的电性能和超级电容器的操作范围而变化。然而，通常，涂层的厚度为从约20至约200微米，30至约150微米，并且在一些实施例中为从约40至约100微米。涂层可存在于电流收集器的一侧或两侧。无论如何，整个电极的厚度(包括任选的压缩之后的电流收集器和碳质涂层)的范围通常为从约20至约350微米，在一些实施例中为从约30至约300微米，并且在一些实施例中，为从约50至约250微米。
电极组件通常还包含位于第一和第二电极之间的间隔件。如果需要，在电极组件中也可以采用其他间隔件。例如，一个或多个间隔件可以位于第一电极、第二电极或两者之上。间隔件使一个电极与另一个电极电隔离，有助于防止电短路，但仍允许离子在两个电极之间传输。在某些实施例中，例如，间隔件可以采用为包括：纤维素纤维材料(例如，气流成网的纸幅、湿法成网的纸幅等)、非织造纤维材料(例如，聚烯烃非织造幅材)、织造织物、薄膜(例如，聚烯烃膜)等。纤维素纤维材料特别适合用于超级电容器，例如包含天然纤维、合成纤维等的那些。用于间隔件的合适的纤维素纤维的具体示例可包括，例如，硬质纸浆纤维、软木浆纤维、人造丝纤维、再生纤维素纤维等。无论使用哪种特定材料，间隔件的厚度通常为从约5至约150微米，在一些实施例中为从约10至约100微米，在一些实施例中，为从约20至约80微米。
电极组件的部件组合在一起的方式可以如本领域中已知的那样变化。例如，电极和间隔件可以首先被折叠、缠绕或以其他方式接触在一起以形成电极组件。在一特定实施例中，电极、间隔件和任选的电解质可被缠绕成具有“果冻卷状”构造的电极组件。
为了形成超级电容器，在将电极和间隔件组合在一起以形成电极组件之前，之中和/或之后，将电解质与第一电极和第二电极进行离子接触。电解质通常本质上是非水的，因此包含至少一种非水溶剂。为帮助扩展超级电容器的工作温度范围，通常需要非水溶剂具有较高的沸点温度，例如约150℃或更高，在一些实施例中为约200℃或更高，在一些实施例中，为从约220℃至约300℃。特别合适的高沸点溶剂可以包括，例如，环状碳酸酯溶剂，例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯等。当然，也可以单独地或与环状碳酸酯溶剂组合地使用其他非水溶剂。此类溶剂的示例可包括例如开链碳酸盐(例如碳酸二甲酯、碳酸乙基甲基酯、碳酸二乙酯等)、脂族单羧酸盐(例如乙酸甲酯、丙酸甲酯等)、内酯溶剂(例如丁内酯戊内酯等)、腈类(例如乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈等)、酰胺类(例如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮)、烷烃(例如硝基甲烷、硝基乙烷等)、硫化合物(例如环丁砜、二甲基亚砜等)；等等。
电解质还可包含至少一种离子液体，其溶解在非水溶剂中。尽管离子液体的浓度可以变化，但是通常期望离子液体以相对高的浓度存在。例如，离子液体的存在量可以为每升电解质(M)约0.8摩尔或更多，在一些实施例中为约1.0M或更多，在一些实施例中为约1.2M或更多，在一些实施例中，从约1.3到约1.8M。
离子液体通常是具有相对低的熔融温度的盐，例如约400℃或更低，在一些实施例中为约350℃或更低，在一些实施例中为从约1℃至约100℃，并且在一些实施例中，为从约5℃至约50℃。该盐包含阳离子物种和抗衡离子。阳离子物种包含具有至少一个杂原子(例如氮或磷)作为“阳离子中心”的化合物。此类杂原子化合物的示例包括例如未取代或取代的有机季铵化合物，例如铵(例如三甲基铵、四乙基铵等)、吡啶鎓、哒螨酮(pyridazinium)、吡喃鎓、吡嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓、恶唑鎓、三唑鎓、噻唑鎓、喹啉鎓、哌啶鎓、吡咯烷鎓、季铵螺环化合物，其中两个或更多个环通过螺环原子(例如，碳、杂原子等)、季铵稠合环结构(例如，喹啉鎓、异喹啉鎓等)等连接在一起。在一个特定的实施例中，例如，阳离子物种可以是N-螺双环化合物，例如具有循环环的对称或不对称的N-螺双环化合物。这种化合物的一个示例具有以下结构：
其中m和n独立地为3至7的数字，并且在一些实施例中为从4至5的数字(例如，吡咯烷鎓或哌啶鎓)。
适用于阳离子物种的抗衡离子可同样包括卤素(例如，氯离子、溴离子、碘离子等)；硫酸盐或磺酸盐(例如，硫酸甲酯、硫酸乙酯、硫酸丁酯、己基硫酸盐、辛基硫酸盐、硫酸氢盐、甲烷磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、十二烷基磺酸盐、三氟甲烷磺酸盐、十七碳氟辛烷磺酸盐、十二烷基乙氧基硫酸钠等)；磺基琥珀酸酯；酰胺(例如双氰胺)；酰亚胺(例如双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、双(三氟甲基)酰亚胺等)；硼酸盐(例如四氟硼酸盐、四氰基硼酸盐、双[草酸酯]硼酸盐、双[水杨酸硼酸酯等])；磷酸盐或次膦酸盐(例如六氟磷酸盐、磷酸二乙酯、双(五氟乙基)次膦酸盐、三(五氟乙基)-三氟磷酸盐、三(九氟丁基)三氟磷酸盐等)；锑酸盐(例如六氟锑酸盐)；铝酸盐(例如四氯铝酸盐)；脂肪酸羧酸盐(例如油酸酯、异硬脂酸酯、十五氟辛酸酯等)；氰酸盐；醋酸盐等等，以及任何前述内容的组合。
合适的离子液体的几个示例可以包括，例如，螺-(1,1')-双吡咯烷鎓四氟硼酸酯、三乙基甲基四氟硼酸铵、四乙基铵四氟硼酸酯，螺-(1,1')-吡咯烷鎓碘化物、三乙基甲基碘化铵、四乙基铵碘化物、四氟硼酸三乙基甲基铵、四氟硼酸四丁基铵、六氟磷酸四乙铵等
如上所述，超级电容器还包含壳体，电极组件和电解质被保持在壳体内并且可选地被气密密封。壳体的性质可以根据需要变化。在一个实施例中，例如，壳体可以包含金属容器(“罐”)，例如由钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢(例如，不锈钢)，其合金形成的那些，其复合材料(例如，涂有导电氧化物的金属)等等。铝特别适用于本发明。金属容器可以具有各种不同的形状中的任何一种，例如圆柱形、D形等。圆柱形的容器是特别合适的。
例如，参考图4，更详细地示出了可在超级电容器中采用的壳体的一个实施例。在该特定实施例中，壳体包含金属容器2122(例如，圆柱形罐)，该金属容器2122限定了基部3000和开口端3200。盖2118设置在开口端3200上方并且附接(例如，焊接)到容器2122上以密封该壳体。盖2118可以包含第一收集器盘2114，该第一收集器盘2114包括盘形部分2134、螺柱部分2136和紧固件2138(例如，螺钉)。收集器盘2114与形成在电极组件10的中心的中空芯2160的第一端对准，然后将螺柱部分2136插入芯的开口中，使得螺柱部分2136接触第二电流收集器40。以这种方式，第二电流收集器40被放置成与盖2118电接触。紧固件2138也可以耦接(例如，螺纹连接)到第一端子2116。金属容器2122同样可以容纳第二收集器盘2120，其包括盘形部分2142、螺柱部分2140和第二端子2144。第二收集器盘2120与中空芯2160的第二端对准，然后将螺柱部分2140插入芯的开口中以使螺柱部分2140接触电流收集器20。这样，将第一电流收集器20与基部3000电接触。一旦形成，端子2144和2116可以与一个或多个附加的超级电容器连接，如上所述。例如，端子2144(例如，正极)可以与第二超级电容器的相反极性(例如，负极)的端子连接，而端子2116(例如，负极)可以与第三超级电容器的相反极性(例如，正极)的端子连接。
尽管在附图中未示出，但是超级电容器和模块也可以包括平衡电路。通常，采用平衡电路来防止诸如泄漏电流之类的电流通过过电压对其他超级电容器造成损害。这种平衡可以帮助调节每个超级电容器两端的电压，使得它们基本相同。该模块和平衡电路还可以包括电流控制装置，用于根据反馈回路提供的信号来控制流过超级电容器的电流。就这一点而言，平衡电路不必受限。只要平衡电路可以有效地平衡超级电容器两端的电压，它就可以与本发明的模块一起使用。通常，平衡电路电连接到超级电容器。只要允许控制和/或调节超级电容器的电压，就不必限制这种电连接。平衡电路可以包括任何数量的电子部件，包括有源和无源部件。这些部件可以包括晶体管、电阻器、调节器、衰减器、电位计、热敏电阻、二极管(例如齐纳二极管)、比较器(例如电压比较器)、放大器(例如运算放大器)、分压器等的任意组合。应当理解，可以以任何方式配置这些电子部件以便有效地平衡电路。在某些情况下，平衡电路可以包括附加部件，例如警报器(例如，声音或光，例如LED)，以通知过电压的存在。可以采用的平衡电路的示例包括那些如Thrap的美国专利6806686、Thrap的美国专利7880449、Long的美国专利号2003/0214267和Kaminsky的美国专利号2016/0301221。此外，可以采用任何数量的平衡电路。例如，每个超级电容器，该模块可以包含至少一个平衡电路。可替代地，模块可以为多个超级电容器采用至少一个平衡电路。
另外，平衡电路可以连接到散热部件。散热部件可以存在于模块或超级电容器上的任何位置，并且不受限制。例如，它可能存在于电路中。替代地或另外，该部件可以连接至热沉，例如金属。用作热沉的这种金属可以包括至少部分或完全围绕模块和/或超级电容器的金属外壳。替代地或另外，用作热沉的金属可以是模块和/或超级电容器的另一结构部件。例如，金属可以是围绕模块和/或超级电容器的支架或结构部件。这种支架或结构部件可以起到还提供机械稳定性的双重功能。平衡电路到散热部件的这种连接可以允许有效和高效的散热，而不会损害超级电容器或平衡电路的性能。此外，可以采用任何数量的散热部件。例如，每个超级电容器模块可以包含至少一个散热部件。可替代地，模块可以为多个超级电容器采用至少一个散热部件。
超级电容器和包含它们的模块可用于存储大量电荷。结果，本发明的模块和超级电容器可以用于多种应用中。例如，它们可以用于多种能源应用中，包括但不限于风力涡轮机、太阳能涡轮机、太阳能电池板和燃料电池。此外，它们还可以用于各种运输应用中，包括但不限于车辆(例如，电池驱动的电动车辆，混合动力电动车辆，包括巴士、发动机启动、动力和制动回收系统等)、火车以及电车(例如磁悬浮列车、轨道切换、启动器系统等)和航空航天(例如用于门的致动器、疏散滑梯等)。它们还具有多种工业应用，包括自动化(例如机器人技术等)，车辆(例如叉车、起重机、电动推车等)。它们在消费电子产品(例如，便携式媒体播放器、手持设备、GPS、数码相机等)、计算机(例如，膝上型计算机、PDA等)和通信系统中也有多种应用。模块和超级电容器还可能具有多种军事应用(例如，用于坦克和潜艇的电动机启动、相控阵雷达天线、激光电源、无线电通信、航空电子显示和仪器、GPS制导等)和医疗应用(例如，除颤器等)。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以实践本发明的这些和其他修改和变化。另外，应当理解，各个实施例的各方面可以全部或部分互换。此外，本领域普通技术人员将理解，前述描述仅是示例性的，并且无意于限制如此在所附权利要求中进一步描述的本发明。

Claims (26)

1.一种模块，包括：
具有第一端子的第一超级电容器；
具有第二端子的第二超级电容器；和
互连条，该互连条包含位于第一附接部分和第二附接部分之间的中心部分，其中，第一超级电容器的第一端子连接到该条的第一附接部分，第二超级电容器的第二端子连接到该条的第二附接部分，并且
其中，所述中心部分的长度为约50至约500毫米，所述互连条的长度为60至约600毫米，所述互连条的宽度为约1至约50毫米，所述互连条的厚度为约0.05至约10毫米，且所述中心部分的长度与所述条的长度之比为约0.6至0.95，且
进一步地，其中，所述中心部分由柔性导电材料形成，且是一个或多个导线、编织物、线圈、片材、和/或棒的形式。
2.根据权利要求1所述的模块，其中，所述柔性导电材料为线圈、片材、棒或它们的组合的形式。
3.根据权利要求1所述的模块，其中，所述柔性导电材料为编织物的形式。
4.根据权利要求1所述的模块，其中，所述柔性导电材料包括铜、锡、镍、铝或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的模块，其中，所述中心部分的长度与所述条的长度之比为约0.7至约0.9。
6.根据权利要求5所述的模块，其中，所述中心部分的长度为约70至约400毫米，并且所述条的长度为约80至约500毫米。
7.根据权利要求1所述的模块，其中，所述条的宽度为约5至约40毫米。
8.根据权利要求1所述的模块，其中，所述条的厚度为约0.1至约8毫米。
9.根据权利要求1所述的模块，其中，所述第一附接部分限定第一开口，通过所述第一开口接收所述第一端子，并且所述第二附接部分限定第二开口，通过所述第二开口接收所述第二端子。
10.根据权利要求9所述的模块，其中，紧固装置将所述第一附接部分连接至所述第一端子，并且将所述第二附接部分连接至所述第二端子。
11.根据权利要求9所述的模块，其中，所述第一附接部分焊接到所述第一端子，并且所述第二附接部分焊接到所述第二端子。
12.根据权利要求1所述的模块，其中，所述第一端子和所述第二端子具有相反的极性。
13.根据权利要求1所述的模块，其中，所述模块包含8至30个的超级电容器。
14.根据权利要求1所述的模块，其中，每个所述超级电容器包括：
电极组件，该电极组件包括第一电极、第二电极以及位于第一电极和第二电极之间的间隔件；
与第一电极和第二电极离子接触的非水电解质；和
壳体，电极组件和电解质容纳在该壳体中。
15.根据权利要求14所述的模块，其中，所述第一电极包括电耦接至第一碳质涂层的第一电流收集器，并且所述第二电极包括电耦接至第二碳质涂层的第二电流收集器。
16.根据权利要求15所述的模块，其中，所述第一电流收集器和所述第二电流收集器各自包含包括导电金属的基底。
17.根据权利要求16所述的模块，其中，所述导电金属是铝或其合金。
18.根据权利要求15所述的模块，其中，所述第一碳质涂层、所述第二碳质涂层或两者均包含活性炭颗粒。
19.根据权利要求14所述的模块，其中，所述间隔件包括纤维素纤维材料。
20.根据权利要求14所述的模块，其中，所述电极组件具有果冻卷状构造。
21.根据权利要求14所述的模块，其中所述非水电解质包含溶解在非水溶剂中的离子液体，其中所述离子液体包含阳离子物种和抗衡离子。
22.根据权利要求21所述的模块，其中，所述非水溶剂包括碳酸亚丙酯、腈类或它们的组合。
23.根据权利要求21所述的模块，其中，所述阳离子物种包括有机季铵化合物。
24.根据权利要求14所述的模块，其中，所述壳体包括具有基部和开口端的容器，其中，盖与所述开口端相邻地设置，并且其中，所述电极组件位于所述壳体内。
25.根据权利要求24所述的模块，其中，所述容器由金属形成。
26.根据权利要求24所述的模块，其中，所述容器具有圆柱形状。
CN202311118529.9A 2017-06-30 2018-06-19 用于超级电容器模块的互连条 Pending CN117153574A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762527345P 2017-06-30 2017-06-30
US62/527,345 2017-06-30
CN201880032700.5A CN110651342A (zh) 2017-06-30 2018-06-19 用于超级电容器模块的互连条
PCT/US2018/038256 WO2019005536A1 (en) 2017-06-30 2018-06-19 INTERCONNECTING STRIP FOR ULTRACONDENSER MODULE

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880032700.5A Division CN110651342A (zh) 2017-06-30 2018-06-19 用于超级电容器模块的互连条

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117153574A true CN117153574A (zh) 2023-12-01

Family

ID=64734478

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880032700.5A Pending CN110651342A (zh) 2017-06-30 2018-06-19 用于超级电容器模块的互连条
CN202311118529.9A Pending CN117153574A (zh) 2017-06-30 2018-06-19 用于超级电容器模块的互连条

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880032700.5A Pending CN110651342A (zh) 2017-06-30 2018-06-19 用于超级电容器模块的互连条

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190006126A1 (zh)
EP (1) EP3646360B1 (zh)
JP (2) JP2020526039A (zh)
KR (2) KR20240023712A (zh)
CN (2) CN110651342A (zh)
WO (1) WO2019005536A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210408807A1 (en) * 2020-06-30 2021-12-30 Avx Corporation System and Method for Balancing Ultracapacitors
CN118786523A (zh) 2022-03-29 2024-10-15 贺利氏电子有限两合公司 具有不由固体金属材料制成的楔-楔结合的结构作为电连接元件的电子模块

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0449145B1 (en) * 1990-03-29 1998-01-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electric double layer capacitor and method for producing the same
JP3523025B2 (ja) * 1997-08-22 2004-04-26 矢崎総業株式会社 バッテリ間接続用バスバー
EP1138051B1 (en) * 1998-12-05 2006-04-19 Energy Storage Systems Pty, Ltd A charge storage device
US6186831B1 (en) * 1999-06-08 2001-02-13 Real Power Cap Company Link bar for capacitors of audio system
JP4161589B2 (ja) * 2002-02-20 2008-10-08 株式会社日立製作所 低電圧用コンデンサ
JP2004335702A (ja) * 2003-05-07 2004-11-25 Nec Tokin Corp 電気二重層キャパシタ
US7492574B2 (en) * 2005-03-14 2009-02-17 Maxwell Technologies, Inc. Coupling of cell to housing
CN200983379Y (zh) * 2006-10-11 2007-11-28 万向电动汽车有限公司 电池组
EP2110824A4 (en) * 2007-02-16 2015-02-25 Panasonic Corp CONDENSATE UNIT AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
US8018712B2 (en) * 2008-03-13 2011-09-13 Nuintek Co., Ltd. Bus-bar for jointing capacitor
US20100157527A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Ise Corporation High-Power Ultracapacitor Energy Storage Pack and Method of Use
JP2011014859A (ja) * 2009-01-27 2011-01-20 Panasonic Corp 電気二重層キャパシタ
CN101826607A (zh) * 2010-04-18 2010-09-08 王卫平 单芯电池连接条
KR101141379B1 (ko) * 2010-07-06 2012-05-03 삼성전기주식회사 에너지 저장 모듈
CN102208718B (zh) * 2011-05-12 2013-06-19 无锡市东杨电子有限公司 大容量高功率动力电源模块及其柔性连接条
US8939801B2 (en) * 2011-07-29 2015-01-27 Shenzhen Byd Auto R&D Company Limited Connector between battery modules and battery system comprising the same
US9553294B2 (en) * 2011-12-16 2017-01-24 Gs Yuasa International Ltd. Electric storage device, manufacturing method of electric storage device, and bus bar used for electric storage device
US9899643B2 (en) * 2013-02-27 2018-02-20 Ioxus, Inc. Energy storage device assembly
JP2015043308A (ja) * 2013-07-25 2015-03-05 昭和電工株式会社 バスバーおよびその製造方法
JPWO2015012333A1 (ja) * 2013-07-26 2017-03-02 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法
WO2015020453A1 (ko) * 2013-08-07 2015-02-12 엘에스엠트론 주식회사 울트라 캐패시터 모듈
JP2015041532A (ja) * 2013-08-22 2015-03-02 株式会社豊田自動織機 蓄電装置および蓄電装置の製造方法
JP5928536B2 (ja) * 2014-07-16 2016-06-01 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
EP2990253B1 (en) * 2014-08-26 2017-03-29 Visedo Oy A capacitor module for a mobile working machine
CN204793010U (zh) * 2015-07-16 2015-11-18 苏州方林科技股份有限公司 电动汽车电池包用软连接铜排
CN205680559U (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 深圳博磊达新能源科技有限公司 一种超级电容器模组连接端子及超级电容器模组

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019005536A1 (en) 2019-01-03
KR20240023712A (ko) 2024-02-22
JP2020526039A (ja) 2020-08-27
EP3646360A4 (en) 2021-04-14
JP2023103374A (ja) 2023-07-26
US20190006126A1 (en) 2019-01-03
EP3646360A1 (en) 2020-05-06
EP3646360B1 (en) 2025-03-12
KR20200014786A (ko) 2020-02-11
CN110651342A (zh) 2020-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10903663B2 (en) Balancing circuit for an ultracapacitor module
CN115547703A (zh) 用于焊料回流工艺的超级电容器
US10879720B2 (en) Balancing circuit for an electrical energy storage device
JP2023103374A (ja) ウルトラキャパシタモジュールのための相互接続ストリップ
US20210408807A1 (en) System and Method for Balancing Ultracapacitors
US12062489B2 (en) Heat dissipation from a balancing circuit for an ultracapacitor module
KR20230018430A (ko) 울트라커패시터 어셈블리

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40096532

Country of ref document: HK