专利名称：改进的能量存储装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及根据AD的方法，其中在步骤(a)，支撑体在外缘表面上具有第二导电材料，
在步骤(b)，微凸头位于第二导电材料的表面上，在步骤(c)，衬垫材料是热塑性的，在步骤(e)，端片是一个较厚的支撑材料，在步骤(f)，衬垫材料过量，以便制成连续整体密封的封接，在步骤(g)叠置组件冷至室温，在步骤(h)，带包含金属、陶瓷、有机聚合物或其组合。
AK.一种制造用于电荷存储的电存储装置的改进方法，包括对AD的干式预制组件抽真空，用含水无机酸或无水有机离子传导介质与抽真空后的干式预制组件接触足够的时间，用填充孔使支撑片之间的空隙回填，清除所有外表面的电解液，和关闭及封闭填充孔开口。
AL、一种制造用于电荷存储的电存储装置的干式预制组件的改进方法，该装置可具有与无水或含水电解液接触的电极表面，该方法包括(a)制取平坦的薄金属片支撑体，该金属选自钛、钽、铌、锆、铁、铜、铅、锡、镍、锌或其结合，其厚度为约0.1-10密耳，在每个平坦表面上涂有至少一种具有大表面面积的金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物的多孔薄层，该金属氧化物、氮化物或碳化物任意地选自下列金属氧化物组锡、铅、钒、钛、钌、钽、铑、锇、依、铁、钴、镍、铜、钼、铌、铬、锰、镧或镧系统金属或其合金或其组合，也可以含有少量添加物用来提高电导率，其中，该金属氧化物薄层的厚度为约0.1-200微米，制备导电片的两个平坦表面，可以有不设置金属氧化物的外缘表面，
(b)按下列步骤制成在含水或无水电解液中稳定的离子可渗透的间隙隔离层；(i)在多孔金属氧化物薄层的一侧或两侧表面上，淀积高度基本上完全均匀的电绝缘离散的微凸头阵列，该微凸头在含水或无水电解液中是稳定的并且其高度在约0.1-10密耳之间，(ii)在金属氧化物层的一个平坦表面上，设置预切割的离子可渗透的电绝缘薄隔离层，厚度在0.1-10密耳之间；(iii)在第二导电材料的至少一个表面上，铸造厚度在0.1和10密耳之间的离子可渗透或半渗透的隔离层；或(iv)制成一个薄的气隙作为隔离层；(c)用一种或多种合成有机聚合物薄层作为衬垫材料与步骤(b)的导电薄片的一侧或两侧的外缘表面接触，聚合物选自聚酰亚胺、TEFZEL、KRATON、聚乙烯、聚丙烯、其它聚烯烃、聚砜、其它氟化或部分氟化聚合物或者其组合；(d)用至少一条不同材料的薄带设置在衬垫材料之上或之中，并选择地横跨至少一个平坦的薄片，该线带材料的熔点温度(Tm)高于聚合的衬垫材料，在这里所描述的处理条件下，该线带不会熔化、流动或与衬垫材料粘合；(e)用片状的薄的平坦成品和隔离层组合成重复层制件，该片涂有金属氧化物，该隔离层在步骤(d)制成，该层叠制件选择地具有端片，端片仅一侧涂有较厚的支撑材料和/或由较厚的支撑材料构成；(f)在约5至100℃大于衬垫材料的Tm的温度下对步骤(e)的层叠制件加热，使衬垫材料流动、粘合并密封层叠制件的边缘，制成片和隔离层的固体层叠置件整体，并选择地把叠置件封装及密封在一个整体聚合物外壳中；(g)在惰性环境中把步骤(f)的叠层制件整体冷却至室温；和(h)把层之间的薄带至少除去一条，制成至少一个与设置于多孔电极层之间的填充气隙贯通的小开口。
AM.在一个实施方案中，本发明涉及根据AL的方法，其中在步骤(b)，衬垫材料设置在装置的顶面，电极间的衬垫材料在体积上足够地过量，以便在步骤(f)的加热时，过量的衬垫材料围绕着支撑体的外缘挤出，由此在叠置组件的边缘制成无缝密封的整体表面。
AN.在一个实施方案中，本发明涉及根据AL的方法，其中在步骤(a)，支撑体在外缘表面上具有第二导电材料，在步骤(b)，微凸头位于第二导电材料的表面上，在步骤(c)，衬垫材料是热塑性的，在步骤(e)，端片是较厚的支撑材料，在步骤(f)，衬垫材料是过量的，用以制成连续整体包封，在步骤(g)，叠置组件冷却至室温，在步骤(h)，带可以是金属、陶瓷、有机聚合物或其组合。
AO.在一个实施方案中，本发明涉及能量存储器，采用根据任何AD的预制组件装置制成，并且加入电解质以填充抽成真空的填充气隙区，密封填充孔开口，和对电存储装置充电，对下列独立的应用，所述装置用作电源在改变电能消耗的应用中提供峰值电能，并在低消耗时再充电(即在发电厂与用户电网之间作为电能调节器；在电源不连续或者需要辅助电能在临时期间的或供电断路期间提供电源的应用中，提供电能，为不间断电源应用提供部件，包括电灰色和棕色出口之中的计算机存储器断路，或作为轨道卫星中周期性黑出口时的电能；在需要大电流和/或大能量的应用中提供脉冲电能，包括为电阻性加热催化室提供电源，为电震发生器或其它心脏节律控制装置提供电能，或者在电动车辆中提供脉冲电能，其中电池或内燃机可对该装置再充电；在需要快速再充电、具备延长的能量释放的应用提供电能，包括不具有外部电线的外科器械；或者为器具或通讯应用提供手提电源。
AP.在一个实施方案中，本发明涉及在大表面面积基片上制造微凸头的光刻方法，在电存储装置中保留间隙隔离层，该方法包括(a)制备一层未曝光的光刻胶膜，该膜对于其后的电解液环境基本上是惰性的，并且固化后成为电绝缘；(b)制备薄的电极材料，包括平坦的导电金属薄片，在一个或两个平坦侧面上于中心涂有导电多孔金属氧化物、混合金属氧化物或碳；(c)把光刻胶膜施于电极材料的一个或两个平坦侧面；(d)将具有多个小孔的掩模放在光刻胶上，(e)在强光源下对光刻胶曝光并持续一定时间，通过掩膜上的孔使曝光后的光刻胶材料得以充分有效地固化，由此制成固化的微凸头，然后除去掩膜；(f)对光刻胶膜显影，留下电极材料表面上固化的多个离散的微凸头，并除去未反应的薄膜，和(g)再次固化留下的已曝光的材料，使微凸头基本保持其形状和大小。
AQ.在一个实施方案中，本发明涉及根据AP的方法，其中步骤(b)中金属氧化物涂覆在电极的两侧，
步骤(c)中用热轨技术将薄膜加到一个平坦侧面上；步骤(f)中用稀含水碱(base)显影；步骤(g)中用光、热或其结合固化微凸头。
AR.在一个实施方案中，本发明涉及根据AQ的方法，其中，步骤(c)中光刻胶是用真空叠置的。
AS.在一个实施方案中，本发明涉及根据AA的干式预制组件，其中所述的第一电极包括一个第一的导电大表面积多孔涂层，该涂层形成在第一电极的一个表面上，使所述的第一涂层处于所述第一电极与所述衬垫部件之间；和其中所述的第二电极是双极型的。
AT.在一个实施方案中，本发明涉及根据AS的干式预制组件，其中所述第二电极包括形成在其一个表面上的第一导电大表面积多孔涂层，使所述第二涂层位于所述第二电极与所述第一衬垫部件之间。
AU.在一个实施方案中，本发明涉及根据AT的干式预制组件，其中所述第一电极还包括形成在所述第一涂层上的隔离部件，以保持所述第一电极与第二电极很近地被隔开。
AV.在一个实施方案中，本发明涉及根据AU的干式预制组件，其中所述第二电极还包括形成在其另一方面上的第二导电大表面积多孔涂层。
AW.在一个实施方案中，本发明涉及根据AU的干式预制组件，其中所述第一电极的所述第一涂层和所述第二电极的所述第一和第二涂层选自金属氧化物、混合金属氧化物、金属氮化物和聚合物。
AX.在一个实施方案中，本发明涉及根据AU根据的干式预制组件，其中所述间隔部件包括多个突头；和所述突头给所述第一电容器芯片以结构支承，并在所述第一和第二电极之间提供辅助绝缘。
AY.一种根据CC的能量存储装置，包括位于干式预制组件的电容器芯片组的间隙中的离子传导介质，其中填充孔被密封。
AZ.在一个实施方案中，本发明涉及AA的构成中，于每个电容器芯片的填充间隙内还含有多孔疏水聚合材料，以此减轻随温度升高而增大水的静压。
AAA.在一个实施方案中，本发明涉及AZ的多孔疏水聚合材料，其中该材料包括聚四氟乙烯，其水进入压在760-7600乇之间。
BBB.在一个实施方案中，本发明涉及根据AB的方法，其中可丝网印刷的材料是可热固化或可光固化的环氧树脂。
CCC.在一个实施方案中，本发明涉及根据AL的方法，其中在步骤(a)，形成的多孔电极与下列物质接触进行调整；(a)温度在150-300℃之间的蒸汽，持续约0.5-4小时，(b)温度在80-140℃的反应性气体或反应性液体，持续0.2-2小时，或(c)足以放出氧的阳极电流，持续1-60分钟，然后在无氢气放出的条件下接触阴极电流，直至开路电势调节至约0.5V至0.75V(相对于正常氢电极)。
DDD.在一个实施方案中，本发明涉及AB的方法，在步骤(c)之后或权利要求38的步骤(d)和(e)之间，通过与阴极电流接触，直至开路电势调节至约0.5V至0.75V(相对于正常氢电极)，以此来调整多孔涂层。
EEE.在一个实施方案中，本发明涉及CC的干式预制组件，其中，电极基底是具有厚度在约1至10密耳的金属或金属合金；该多孔大表面积涂层是一种混合金属氧化物。
FFF.在一个实施方案中，本发明涉及AD的方法，其中在步骤(a)，钛是支撑件，混合金属氧化物是钌和钽，其厚度在约5至25微米，其中多孔电极的周边与在不含水有机溶剂中的KRATON的稀释液接触，并干燥以密封该端部以确保电容器芯片的电隔离；在步骤(b)，间隔是多个微凸头；在步骤(c)，衬垫材料选自KRATON和高密度聚乙烯；且在步骤(d)，拉带是TEFZEL。
GGG.在一个实施方案中，本发明涉及DDD的改进方法，这种改进的方法来制造用于存储电荷的电存储装置，该方法包括对干式预制组件AD抽真空，将该抽真空的干式预制组件与选自含水无机酸或不含水的有机离子传导介质的电解质接触一段时间，使其足以用填充口回填在支撑片之间的空间，除去任何外表面的电解质，并且关闭并密封该填充口的开口。
尽管这里只对本发明的几个实施例做了展示和说明，但应该了解，对于该领域的技术人员，可以按改进的方法做出各种改进和变化，制成电存储器件如电池或电容器，在寿命、充电/再充电性能和低漏电流方面有所改进，而不脱离本发明的精神和范围。所有这类改进和变化均属于后附的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种在各个电极的周界边缘上产生有机聚合物的可密封和电绝缘带以供能量存储装置使用的方法，该方法包括A.获能一薄平坦电极，该电极包括薄的多孔金属氧化物，氮化物或碳化物，涂覆在薄电极基底上，且具有或不具有施加于多孔金属氧化物，氮化物或碳化物表面之一或两者上的绝缘间隔；B.在至少一种有机溶剂中溶解至少一种有机聚合物， 以获得一溶液，其粘度低到足以允许溶液穿透多孔金属氧化物，金属氮化物，或金属碳化物；C.以步骤B之聚合物溶剂溶液涂覆各平坦电极的周界边缘，其中在一侧上的有机聚合物的全部表面区域为由每个周界边缘而来的电极之一侧之平坦表面上的全部区域的5至25％，以形成涂覆有机聚合物之连续的实质上均匀的边缘并具有有效阻止漏电流之厚度；和D.通过保持涂覆电极在环境温度和压力下约0.1至1000分钟，而后在约20至150℃中加热约0.1至10小时，选择性的位于真空状态，而由有机聚合物边缘涂层中除去至少一有机溶剂，产生边缘密封以有效地阻止或降低达99％之任何漏电流的发生。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(B)之有机聚合物和溶剂包含一溶剂，热塑性弹性体和选择性的一种或多种有机聚合物添加物以获得约300至3000厘泊之粘度性质。
3.如权利要求2所述之方法，其中该热塑性弹性体包含KRATON，苯乙烯-丁烯/乙烯聚合物。
4.如权利要求2所述之方法，其中至少一有机溶剂之沸点在环境压力下约200℃或更小。
5.如权利要求4所述之方法，其中至少一种有机溶剂选自脂族烃，醇，酯，醚，酮，芳族烃或其混合物。
6.如权利要求4所述之方法，其中至少一有机溶剂为选自苯，甲苯，二甲苯或其混合物之芳族烃和选自甲醇，乙醇，正丙醇，异丙醇，丁醇或其混合物之醇之混合物。
7.如权利要求1所述的方法，其中各薄电极之周界边缘具有被去除的多孔金属氧化物，金属氮化物，或金属碳化物涂层，以使至少一种有机聚合物涂层直接接触且粘附在电极基底上。
8.如权利要求1所述之方法，其中在步骤B中，有机聚合物为苯乙烯-丁二烯弹性体，而有机溶剂为甲苯和异丙醇以约1/4至4/1之比例的混合物，和苯乙烯-丁二烯弹性体约为弹性体和溶剂之约5至20％(重量)。
9.如权利要求1所述之方法，其中在步骤C中，至少一有机聚合物溶解在至少一有机溶剂中，电极基底的边缘涂覆是通过将电极多次浸入溶液中；至少一涂层使用溶液的丝网印刷；至少一涂层使用溶液之孔板印刷；使用注射器机械地将溶液设置在基底上；或使用涂覆器机械地将溶液设置在基底上。
10.如权利要求8所述之方法，其中在步骤C中，至少一有机聚合物溶解在至少一有机溶剂中，电极基底的边缘涂覆是通过将电极多次浸入溶液中；至少一涂层使用溶液的丝网印刷；至少一涂层使用溶液之孔板印刷；使用注射器机械地将溶液设置在基底上；或使用涂覆器机械地将溶液设置在基底上。
11.一种用以产生有机聚合物密封电存储装置的方法，该装置具有改善的电短电阻(short resistant)特性，该方法包含A.获得由权利要求1所生产之有机聚合物边缘涂覆的电极；B.在至少一种或多种有机溶剂中溶解至少一种有机聚合物，以产生一溶液，其粘度介于约3000至40000厘泊之间；C.使用步骤B之溶液以对各电极边缘进行一次或多次涂覆，以获得介于约1至10密耳之涂层厚度，以产生一薄预衬垫；D.堆叠多重边缘涂层电极，其实质上匹配在步骤C所生产之薄预衬垫，而有机聚合物涂层仍受到溶剂浸湿并粘着以接触，以产生具有多重电容器芯片之溶剂湿润的电容器预制组件装置；E.通过保持装置在环境温度和压力下1至20小时，由形成在步骤D中之匹配预衬垫和由堆叠电极之电容器预制组件装置除去有机溶剂，而后在约80-250℃中加热，直到至少一种有机溶剂被基本上除去；和F.形成具有有机聚合物密封边缘的电存储装置的干式预制组件。
12.如权利要求11所述之方法，其中有机聚合物包含，热塑性弹性体和选择性的一个或多个有机聚合物添加物以获得粘度性质。
13.如权利要求12所述的方法，其中该热塑性弹性体包含KRATON，苯乙烯-丁二烯/乙烯聚合物。
14.如权利要求12所述之方法，其中至少一种有机溶剂之沸点在环境压力下约200℃或更小。
15.如权利要求14所述之方法，其中至少一种有机溶剂选自脂族烃，醇，酯，醚，酮，芳族烃或其混合物。
16.如权利要求14所述之方法，其中至少一种有机溶剂为芳族烃和醇之混合物。
17.如权利要求11所述之方法，其中各薄电极之周界边缘具有除去的多孔金属氧化物，以使至少一种有机聚合物涂层直接接触且粘附于电极基底。
18.如权利要求11所述之方法，其中在步骤B中，有机聚合物为苯乙烯-丁二烯弹性体，而有机溶剂为甲苯和异丙醇以约1/4至4/1之比例的混合物，和苯乙烯-丁二烯弹性体约为弹性体和溶剂总重量之5至40％之重量百分比。
19.如权利要求11所述之方法，其中在步骤C中，至少一种有机聚合物溶解在至少一种有机溶剂中，电极基底之边缘之涂覆是通过将电极多次浸入溶液中；至少一涂层使用溶液的丝网印刷；至少一涂层使用溶液之孔板印刷；使用注射器机械地将溶液设置在基底上；或使用涂覆器机械地将溶液设置在基底上。
20.如权利要求18所述之方法，其中在步骤C中，至少一种有机聚合物溶解在至少一种有机溶剂中，电极基底之边缘之涂覆是通过将电极多次浸入溶液中；至少一涂层使用溶液的丝网印刷；至少一涂层使用溶液之孔板印刷；使用注射器机械地将溶液设置在基底上；或使用涂覆器机械地将溶液设置在基底上。
21.如权利要求1所述之方法，其可供经由湿式电容器芯片构建，干式电容器芯片构建，填充口构建，或压缩密封构建，粘合构建所排定的电极构建中得以应用。
22.如权利要求1所述之方法，其中在步骤(C)中，有机聚合物之均匀边缘涂层之厚度为0.01至1密耳。
23.如权利要求22所述之方法，其中厚度介于0.1至0.5密耳。
24.一种用以生产能量存储装置之电极之改进方法，该方法包括以一多孔金属氮化物或金属碳化物涂覆一薄金属导电基底。
25.如权利要求24所述之方法，其中该薄金属基底独立的选自锡、铅、钒、钛、钌、钽、铑、锇、铱、铁、钴、镍、铜、钼、铌、铟、铬、锰、镧，镧系金属或此处所述金属之合金或组合，且多孔金属氮化物或金属碳化物独立的选自含有锡、铅、钒、钛、钌、钽、铑、锇、铱、铁、钴、镍、铜、钼、铌、铟、铬、锰、镧，镧系金属或此处所述金属之组合。
全文摘要
一种干式预制组件(10)，包括多个真双极型结构的电容器芯片(110、112、114)，这些电容器芯片叠置并粘合在一起，使装置以构成整体单一结构。每个电容器芯片(114)包括隔开预定距离的两个导电电极(111A、111B)。电容器芯片(114)还包括设置在电极(111A、111B)之间的、两个相同的介电衬垫(121、123)，它们彼此配准使这些电极隔开并电绝缘。当电极(111A、111B)和衬垫(121、123)粘合在一起时，每个电容器芯片至少形成一个填充气隙(130)。每个电容器芯片(114)还包括一个多孔和导电的涂覆层(119，120)，其形成于每个电极的一个表面上。涂层(119)包括一套相互很近地隔开的周边微凸头(125)，和一套较远隔开的中央微凸头(127)。这些微凸头(125，127)给予电容器芯片以结构支撑，并提供电极间的附加绝缘。通过向该干式预制组件(10)的间隙(130)中添加一种电解质并接着密封该填充口形成了如电容器的能量存储装置。用有机聚合物的有机溶液密封多孔金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物电极的边缘来降低或消除漏电流。为了电极的使用，还要求了制备金属氮化物和金属碳化物的方法。
文档编号H01M2/02GK1149266SQ95192425
公开日1997年5月7日 申请日期1995年3月30日 优先权日1994年3月30日
发明者K·C·蔡, 纳齐尔·艾哈迈德 申请人:尖端研究组织公司