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_2

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面所解释的组装之后,限制或凹入部分122、124可以已知方式形成。
[0027]在一个预期实施例中,装置100是有时称为超级电容器的EDLC装置,相对于具有大约仅几F/g的特定电容的传统电容器,该超级电容器具有例如大于100F/g的特定电容。超级电容器在诸如桥短接电力中断的存储器备份、电池管理应用的各种不同应用中使用,以改进电池的电流处理或提供在高负载需求上的电流升高。
[0028]有时称为ELDC装置100的存储单元的至少一个存储元件104位于由壳体102限定的容器126的内部。在制造装置100时,存储单元104充满电解质,并且存储单元104包括至少一个正电极(阴极)、至少一个负电极(阳极),和诸如将阳极空间与阴极空间分开的隔膜的分离器。在预期实施例中,胶质卷存储单元104包括可被压扁以在其端部上产生平坦表面的偏移电极。
[0029]可提供包括正电极和负电极的存储单元104作为具有限定单个单元或多个单元的多层的大致管形或圆柱形胶质卷封装。应该认识到,胶质卷可以替代地以其它形状和配置提供,包括但不限于折叠配置和手风琴形状(如果必要的话)。可提供第一电流收集器128给在一个端部处的胶质卷存储单元104,并且可提供第二电流收集器130以建立在相对端处到胶质卷存储单元104的电连接。电流收集器128和130将存储单元104的电极与壳体102和盖子106互连。电流收集器128机械和电地接合如下所述的壳体102的底端112和侧壁116的一部分,以可靠地建立到壳体102的电连接,而不必产生激光焊接接头,并且此外同时保持相对于传统EDLC装置结构的低电阻和降低的DCR。电流收集器130机械并且电地接合盖子106,并且完成与在壳体端部114处的胶质卷存储单元104的电极的电连接。在使用中,端子凸耳108、126中的一个端子凸耳提供在存储单元104的阳极之间的相应电连接,并且端子凸耳108、126中的另一个端子凸耳提供在能量存储单元104的阴极和外部电路之间的相应电连接。然而应该认识到,电路连接端子的各种其它类型和配置是已知的,并且同样可在其它实施例中使用。
[0030]在EDLC装置100的壳体102中的存储单元104的结构和操作很好理解,并且在此不会进一步详述。
[0031]电流收集器128、130对装置100的结构和制造提供大量益处。每一个电流收集器128,130由柔性金属材料制成各种形态和几何形状,如在以下示例中所描述的。
[0032]如在图2中所示出的,电流收集器130包括一般平坦和平面的中央主体132,以及从主体132周边向外延伸并且在关于主体132的平面之外的柔性连接器元件134。在胶质卷存储单元104插入到壳体102中之前,或在壳体端114封闭之前,主体132可以激光焊接到胶质卷存储元件104,并且连接器元件134可建立与盖子106的电连接,如下所述。从壳体102的外侧不存在所需或必需的激光焊接,以完成在胶质卷存储元件104和盖子106之间的连接。因此避免了诸如相对于激光焊接如上所述的那些问题的问题。
[0033]在所示示例中的盖子106包括具有第一外部直径的第一部分140,具有第二外部直径的第二部分142,以及具有第三外部直径的第三部分144。盖子106的第一、第二和第三外部直径逐渐变小,以使得盖子106具有在凸耳端子108中达到顶点的阶梯状外部周长。也就是说,盖子106的第一部分140具有第一外表面146,该第一外表面146具有第三和最大的外部直径,盖子142的第二部分具有第二外表面148,该第二外表面148具有第二和中间外部直径,以及盖子的第三部分144具有第三外表面150,该第三外表面150具有第三和最小的外部直径。
[0034]在图1和图2的示例中,同样形成盖子106以包括中空内部腔体152,该中空内部腔体152具有由第一盖子部分142的第一内部表面154限定的第一和更大内部直径,和由第一盖子部分142的第二内部表面156限定的第二和更小内部直径。然而盖子106的第二部分142和第三部分144是均匀实心的,并且不包括内部开口或腔体。在一些实施例中,在盖子106中的内部腔体152可被视为可选的并且可以省略。
[0035]当组装时,收集器130的连接器元件134的内表面与第一盖子部分140的外表面146紧密接触,并且电流收集器的主体132与胶质卷存储元件104的正面端电接触。有时称为密封构件的密封元件160围绕收集器130的连接器元件134的外表面,并且建立具有壳体102端部114的密封件。壳体侧壁116的限制或凹入部分124压缩密封元件160并且确保在收集器130的连接器元件134和盖子106的第一部分140的外表面146之间的电接触。因为包括连接器元件134的电流收集器130被制成柔性的,所以它可以容易地应用到盖子106,和/或当被压缩以确保与盖子106的电连接时可变形。壳体端114的远端被卷曲到所示的密封元件160。
[0036]在图2中所示的示例中,密封元件160包括圆柱壁部分162和外伸的垂直于壁部分162延伸的环形台肩(ledge)部分164。壁部分162形成有约等于收集器130的连接器元件134的外部直径的第一内部直径,并且台肩164在端子处以第二和更小的内部直径从壁部分162的外部直径向内径向延伸。如在图2和图8中可见,密封元件160具有L形横截面。当装置100组装时,台肩164将盖子146的部分140悬垂,并且台肩164的第二内部直径比盖子部分142的外表面148的外部直径稍微更大。因此不仅在盖子部分140的外部周边周围提供密封,而且在盖子部分140上表面的一部分上方提供密封。因为在示例性实施例中盖子106是导电的,所以密封元件160由在本领域中已知的非导电材料制成,以使得在盖子106和壳体102之间提供电隔离。在预期实施例中,密封元件160可例如由已知的电绝缘弹性体材料制成,该已知的电绝缘弹性体材料可相对于盖子106的外表面和/或柔性电流收集器130来弹性压缩。当限制或凹入部分124在端部114处的壳体102中形成时,可完成密封元件的这种压缩。
[0037]在图2中所示的组件(包括柔性收集器130和密封构件160)采用相对于用于EDLC装置的传统制造方法的改进密封,以相对低的成本提供用于装置制造。改进的密封可靠性有利于经济的制造。
[0038]如在图3的示例中所示,电流收集器128包括一般平坦和平面的中央主体170,以及从主体170周边向外延伸并且在关于主体170的平面之外的柔性连接器元件172。在采用壳体102的其组装之前,主体170可以激光焊接到胶质卷存储元件104,并且当胶质卷存储元件104插入到壳体102中时,连接器元件172可建立与壳体102的电连接。壳体端112的限制部分122可压缩连接器元件172,并且因为连接器元件是柔性的,所以其可变形并且增强在收集器170和壳体102之间的电接触,从而壳体102可操作为在用于能量存储单元104的甚至更高性能的更大区域上的电流收集器。
[0039]借助于电流收集器128,建立在胶质卷存储元件104 —侧和壳体102之间的电连接,而无需或没有利用来自壳体102外部的激光焊接接头。因此避免了诸如相对于激光焊接如上所述的那些问题的问题。理想地促进了低电直流电阻(DCR),同时以另外方式简化制造操作并且改进装置可靠性。
[0040]在壳体102相对端处的柔性电流收集器130 (图2)和柔性电流收集器128 (图3)可被配置为具有相同几何形状的基本上相同的部件,或可被配置为具有不同几何形状的的不同部件。虽然对于收集器128、130在下面简要描述了示例性几何形状,但是其它几何形状是可能的并且可被利用。示例性柔性电流收集器在图4-7中示出,该示例性柔性电流收集器的任一个可由诸如根据已知技术的金属或金属合金的薄导电材料制成。当由这种材料制成薄壁片时,电流收集器具有有利于上述组装和优点的期望柔性性质。
[0041]图4示出柔性电流收集器180的第一示例性实施例,该柔性电流收集器180可用作如上所述装置100中的电流收集器128、130 (图1-3)中的一个或另一个或两者。电流收集器180包括在第一平面中延伸的一般平坦和平面的圆盘形主体182,和延伸为在对主体182平面之外的圆柱凸缘或轮缘的连接器元件184。在图4中示出的示例中,连接器元件184从平坦主体182延伸为直角圆柱,并且在横截面中连接器元件184垂直于平坦主体182来延伸。在所示的示例中,平坦主体182是实心并且连续的,并且不包括通过它延伸的内部开口、孔洞或孔。因此,当电流收集器180用作收集器128或130中的一个收集器时,电解质溶液不能穿过主体182。
[0042]图5示出柔性电流收集器190的第二示例性实施例,该柔性电流收集器190可用作如上所述装置100中的电流收集器128、130 (图1-3)中的一个或另一个或两者。电流收集器190包括
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