具有柔性金属接触电流收集器的电化学能量存储装置和制造方法
【技术领域】
[0001]本发明领域一般涉及电化学能量存储装置，并且更特别地涉及双电层电容器(EDLC)装置。
【背景技术】
[0002]在电系统中，次级电流源使得可以对外部电路积累、存储并且释放电功率。在这些次级源中有传统电池、传统电容器和电化学电容器。该类型已知装置包括在充满电解质的壳体内侧的能量存储元件，和用于将能量存储元件连接到电路的端子。在这种装置的制造中，建立到能量存储元件的电连接在一些方面中可能有问题，并且需要改进。
【附图说明】
[0003]参考以下附图描述了非限制性和非穷举实施例，其中贯穿各个附图相同的参考标记指相同的部件，除非另外指明。
[0004]图1是电化学能量存储装置的示例性实施例的剖面视图。
[0005]图2是在图1中示出的电化学能量存储装置的第一部分的放大视图。
[0006]图3是在图1中示出的电化学能量存储装置的第二部分的放大视图。
[0007]图4是用于在图1中示出的电化学能量存储装置的柔性电流收集器的第一示例性实施例的透视图。
[0008]图5是用于在图1中示出的电化学能量存储装置的柔性电流收集器的第二示例性实施例的透视图。
[0009]图6是用于在图1中示出的电化学能量存储装置的柔性电流收集器的第三示例性实施例的透视图。
[0010]图7是用于在图1中示出的电化学能量存储装置的柔性电流收集器的第四示例性实施例的透视图。
[0011]图8是用于在图1中示出的电化学能量存储装置的密封构件的第一示例性实施例的第一剖面视图。
[0012]图9是用于在图1中示出的电化学能量存储装置的密封构件的第二示例性实施例的第二剖面视图。
【具体实施方式】
[0013]现代电化学能量存储装置(包括但不限于双电层电容器(EDLC)装置)一般包括有时称为罐子的壳体，和在罐子中的至少一个能量存储单元。同样提供端子用于将装置的能量存储单元连接到外部电路。
[0014]电化学双层电容器(EDLC)利用两个高表面区域电极，并且在电解质溶液中的离子和在电极表面上的电子之间的静电场中存储能量。这种装置通常使用液相电解质，因此在壳体中含有电解质以及防止外部环境的污染对该装置适当运行并且最大化它们的工作寿命是至关重要的。因此，对该系统提供适当密封的容器对于EDLC装置的结构是很重要的。
[0015]由于电极的静电性质，EDLC可被非常迅速地充电和放电。通常，在EDLC的充电/放电速率和效率中的限制因素是在到装置的正端子和负端子的电极之间的电连接。不仅这种电连接难以在第一位置中建立，而且它们倾向于产生趋向于增加ELDC装置的直流电阻(DCR)的相对高的电阻。随着较高的DCR不利地影响ELDC装置的性能，需要降低这种装置的DCR，但是传统上已经难以可靠并且有效地实现。
[0016]在某些类型的EDLC器件中，存储单元的正电极和负电极常常卷绕成通常被称为胶质卷(jelly roll)封装的层状圆柱形封装，该胶质卷封装同样包括在紧凑的包装中提供一个或多个能量存储单元的分离器元件。胶质卷封装以有时在本领域中被称为罐子的壳体组装，并且胶质卷然后采用在壳体内侧使用的电解质溶液浸渍。同样提供了一个或多个电流收集器来建立在胶质卷的正电极和负电极与向外部电路提供电路连接的正端子和负端子之间的电连接。
[0017]在一个已知的EDLC结构中，ELDC装置的正端子或负端子可被连接到连接器板的襟片(tab)，该连接器襟片转而连接到胶质卷的一个或多个相应的正电极或负电极。在该类型的EDLC装置中，多个连接器襟片通常通过冷焊接成电极形状来接合，或直接切割成电极形状。可提供一个或多个连接器襟片用于在胶质卷中的每一个相应的正电极或负电极。连接器襟片通常以相对于胶质卷的同一方向来取向，以使到EDLC装置的正端子或负端子的连接简化。然而，以适当的形状组装连接器襟片并且建立到电极的连接是枯燥的任务，并且可导致相对复杂并且昂贵的EDLC装置的结构。该类型的结构同样趋向于产生增加的而不是减少的制造装置的DCR。
[0018]在上述类型的装置中，一旦胶质卷和电极在其中组装，则金属壳体或罐子可以采用由塑料制成并且包括嵌入在其中的导电端子的非导电盖子来封闭。橡胶或聚合物塞子(bung)或垫圈例如可在盖子的周边周围延伸，并且可被卷曲成密封罐子和盖子连接的橡胶或聚合物。对于小的装置，盖子可被省略并且小孔可通过塞子来提供，并且连接到胶质卷的端子引线可通过孔延伸。罐子可变形以压缩塞子并且密封组件。这种方法可呈现由于不完全密封导致的可靠性问题，并且与电极的有限电接触可影响使用中装置的性能。
[0019]在其它类型的已知EDLC结构中，胶质卷可包括偏移电极以使得裸金属表面暴露在胶质卷的任一端上，以暴露电极的每一个相应端。暴露的金属表面可被压扁以在胶质卷端上产生平坦的表面，该胶质卷端然后可经由在一个示例中的已知激光焊接工艺来连接到平坦的收集器板。在焊接到胶质卷之后，连接器板然后通常经由在一个示例中的已知激光焊接工艺，通过罐子或通过罐子的背侧来连接到EDLC的罐子。电流收集器到罐子的焊接可有效地使罐子成为在装置中电流收集器中的一个电流收集器。在一些方面中，该结构比上述的连接器襟片结构更简单，并且可提供具有降低的DCR的装置，但也不是没有其缺点。
[0020]具体地，收集器板到罐子的激光焊接在可靠完成的制造中是困难的步骤。如果焊接有缺陷或有瑕疵，则收集器板可完全或部分地与罐子分离，并且在制造的装置中呈现可靠性问题和性能变化。有缺陷或有瑕疵的焊接可同样产生在构造装置中的空隙，通过该空隙空气可进入到装置中或电解质可从该空隙溢出，同样在制造的装置中呈现可靠性问题和性能变化。当制造的装置在使用中受到振动或冲击时，电流收集器板直接到罐子的激光焊接同样可能是有问题的，因为在装置操作的同时以另外方式可接受的焊接接头可能受冲击和振动损害。如果损害可能并且当它发生时，该装置和相关电路可能不利地受损。
[0021]在上述类型的装置中，导电盖子可耦接到胶质卷的相对侧，而不是激光焊接到罐子，其中非导电塑料膜例如提供在导电罐子和导电盖子之间的电隔离。该罐子可然后卷曲以密封组件。可同样提供O形密封件或垫圈以改进盖子和罐子的密封。然而这种方法可呈现由于不完全密封导致的可靠性问题。
[0022]在下文中描述了克服本领域中这些和其它缺点的电化学能量存储装置的示例性实施例。具体地，描述了包括但不必限于EDLC装置的电化学能量存储装置的示例性实施例，该电化学能量存储装置可以成本经济的方式来相对简单地制造，同时避免在装置内部上的收集器板到装置外部罐子的焊接及其附带缺点，并且此外同时提供改进的装置密封。将部分明确地讨论并且从以下的描述中部分地显而易见方法的方面。同样，虽然在EDLC装置的上下文中进行了描述，但是以下描述的概念可适用于其它类型的能量存储装置，包括但不限于电池装置。
[0023]图1示出包括壳体102和在壳体102中至少一个能量存储元件104的电化学能量存储装置100的示例性实施例。当壳体102充满电解质以浸渍存储元件104时，存储元件104可操作以从外部电路存储电能并且对外部电路释放电能。装置100同样包括耦接到壳体102的盖子106。
[0024]在预期实施例中的盖子106由导电材料制成，并且包括用于建立在外部电路和存储单元104 —侧之间的电连接而与此形成的金属触点或端子凸耳108。盖子106密封地耦接到壳体102，并且同样与壳体102电隔离，如下所述。
[0025]在所示示例中的壳体102是具有第一端112、与第一端112相对的第二端114和在第一端112和第二端114之间延伸的圆柱形侧壁116的大致细长的圆柱形元件。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，并且包括用于到电路的连接的金属触点或端子凸耳120。第二端114形成有附接到如下所述的盖子106的开口端。在第一端112和第二端114之间的侧壁116—般在横截面中是圆形的，并且对于在第一端112和第二端114之间测量的大多数其轴向长度具有恒定直径。
[0026]壳体102包括在每一个相应端112、114处的限制或凹入(indented)部分122、124。限制部分122有利于与下面进一步解释的能量存储元件104和壳体102的电接触，而限制部分124有利于盖子106的连接和存储元件104的密封。存储元件104在壳体第一端112、侧壁116和盖子106之间限定的壳体102中的容器126中延伸。在示例性实施例中壳体102可使用已知技术由诸如在示例性实施例中的钢或铝的金属形成。壳体102通常称为罐子。在预期实施例中，罐子102由包括但不限于钢或铝的金属以已知方式制成。在装置100的组件部分如下