CN100372036C - 扁平型超电容的结构及封装方法 - Google Patents

Abstract

一种扁平型超电容的结构及封装方法，是采用串联式堆叠法(BipolarStructure)将超电容以上、下错位的方式堆叠后，再予以封装，使其呈扁平化，可减少超电容成品的体积，其封装的过程是先将电极板裁切成适当尺寸、在电极板周围点注胶墙、采取串联式上下错位堆叠、灌注电解液、热封、加压、加热聚合胶墙、制成超电容，该制成品可应用于厚度较小的空间，如PDA、手机等。

Description

扁平型超电容的结构及封装方法

技术领域

本发明涉及一种扁平型超电容的结构及封装方法，特别是指一种扁平型的超电容的结构及封装方法，是采用串联式堆叠法(Bipolar Structure)将超电容以上、下错位的方式堆叠后，再予以封装，使其呈扁平化，可减少超电容成品的体积，本方法可以将超电容的厚度降低，其厚度约可降为原来的1/X(X为堆叠单元数目)，该制成品可应用于厚度较小的空间，如PDA、手机等。

背景技术

电池(battery)是将一定形式能量不经过中间机械转换过程而直接转换为电能的电源装置。电容(capacitor)是储存电荷的电子组件。一般而言，电池的储存能量高但输出功率低，而电容的储存能量低但输出功率高。因此，电池被视为一种电能的“能量储存器”，而电容则是“功率储存器”，各在不同的用途上为人们所运用。

传统电容器是以绝缘材质(insulating material)或介电质(dielectric)夹于两导体之间而达到分离的效果，电容现象是将导体表面的电荷分离而产生的。

随着3C(电脑、通讯与消费性电子产品)时代的来临，多功能、高效率、短小轻薄的电子产品在生活中随时可见，例如：笔记本电脑、移动电话、随身听。为达到电子产品可携带且长期使用的要求，充足的可携式能源供应即成为关键性问题，但传统的电池及电容的组合显然已无法满足要求。一种新能量储存装置-超电容(ultra capacitor)因此孕育而生。超电容技术弥补了电池与电容之间的不足，为拥有高功率、高能量与迷你尺寸特性的能源储存器，在人类致力于为能源危机及环保寻求解决之道，又期望能享有轻便有效率的生活方式的同时，超电容技术为促使人类生活方式与品质进入新境界的一项技术。超电容最初被美国太空总署应用于太空卫星的产品，在引用到无线通讯手机、电动汽机车、马达发电机、手提式电动工具、UPS、医疗器材及所有须运用电池或电容器的产品后，都有相当大的利基。

超电容能量储存装置所采用的“电化双层”(electrochemical double layer，简称EDLC)没有分离的材质来建立介电质层，其充电与能量储存是发生在电化双层的接口(interface)。超电容可达到远高于传统电容技术的能量密度(energy density)，以及超高的功率密度(power density)。相比于传统的电池，其可释出百倍于电池的功率，储存二十倍以上的电能。

目前，超电容能量储存装置已由实验阶段成功进入小量商品应用，其产品应用也由国防卫星及军事特殊用途，而逐渐迈向汽车、机电工业与通讯电子产业的产品。

公知的超电容能量储存装置的结构及其制法，如图1A所示，是在两电极板11之间夹置两密合垫(gasket)12，其间并夹置一条块13，而形成一堆叠结构1。密合垫12是选取高分子胶体制作成膜，再割取所需形状而成。其中电极板11内侧面的高表面积涂层16上可形成有适当的微突起17以帮助支撑与绝缘该两电极板11。

然后，加热使两密合垫12软熔(reflow)而使两电极板11及两密合垫12相黏结，并在堆叠结构1内部形成密封的空隙15。

敬请参阅图1B，待冷却至室温后抽出条块13即在堆叠结构1侧面形成填充埠14，再将电解液由该填充埠14填入该堆叠结构1内部的空隙15，之后再将填充埠14密封即完成蓄电单元的封装。

然而，上述蓄电单元的封装方法必须先以高分子胶体制作成膜并割取所需形状而形成密合垫12，才能完成蓄电单元的堆叠结构1以及填充埠14，然后再填充电解液以及密封填充埠14，该制作过程过于繁复，并不适合大量生产。

另一超电容能量储存装置，敬请参阅图2A、图2B及图3，该超电容能量储存装置2的顶面与底面各形成有一导电片27作为对外电气连接之用，其中图2A为图3的剖视图，传统上，在制造该超电容能量储存装置2时，是依照规格所要求的电压值，直接将一特定层数的电极板21、22相堆叠，如图2A所示，每一该电极板21、22之间则夹置有塞缝垫圈垫圈(gasket)23、24；其中最外层的该电极板11的一内侧面形成有高表面积涂层25，在形成该电极板21、22与该塞缝垫圈23的堆叠结构后，加热使该塞缝垫圈23软熔(reflow)而使该电极板21、22及该塞缝垫圈23稳固黏结在一起；最后在该电极板21、22之间的间隙26填注电解液并加以密封，则完成该超电容能量储存装置2的制作。

然而上述的制作过程并不适合模块化的生产方式，对于客户不同规格的电压以及电极板层数的产品要求，必须设计不同的生产线来生产，因而也增加了生产成本。因此仍需要针对上述制作过程的缺点加以改进。

为改善上述超电容的制造方法，本发明人曾于2001年1月20日在中国台湾提出一发明专利的在先申请，并已获准公告，即专利公告号为472271的“模块化超电容能量储存装置之制程”，该案的发明内容，是针对常用超电容的制造方法的缺陷，提出更为进步的制造方法，以制造该模块化超电容能量储存装置3，如图4所示，其为有关一种模块化超电容能量储存装置3的制作过程，至少包括下列步骤：提供多个超电容能量储存装置3，如图5所示，在两个电极板31、32之间容置胶墙35，该胶墙35与一隔离片33围成适当间隙，每一该超电容能量储存装置3是将电解液34填注并密封于两个电极板31、32之间的这一适当间隙而形成；以及将该多个超电容能量储存装置3堆叠成一堆叠结构，如图5所示，每一该超电容能量储存装置3之间以导电胶38黏结。

该堆叠的层数是可依照客户所要求的规格来决定，例如，若要制作一100V的能量储存装置，则需将一百个1V的能量储存装置相堆叠，中间以导电胶38黏结后串接，而达到该能量储存装置3间的物理与电连接，请参阅图5；另外，在该堆叠结构的最顶层的一顶面以及最底层的一底面上，分别形成一接触电极36、37，作为对外电性接触之用；另外，其也可将该堆叠好的多个超电容能量储存装置3置放于一预先准备好的一容器4内，如图6所示，该容器4的两端分别具有接触电极41。

上述的超电容能量储存装置于当时的制造技术而言，已为相当进步且实用，但，随着科技产品的日新月异，许多更精密，更讲求微型化的产品，其零组件的要求，也相对需要微型(薄型)化，而上述的能量储存装置，虽已采用模块化的设计以达到客户所要求的不同规格的制造，但其堆叠之后的体积过大(高度过高)，在现在的许多产品中，已渐渐的不合实用，故如何将其薄型化，且同样能达到模块化的需求，则成为另一研发的重要课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可薄型化及模块化，且可依据应用需求而制造的扁平型超电容的结构及封装方法。

根据本发明的制作过程，揭露一种串联式堆叠法，该制作过程为：(1)裁切标准规格的电极板；(2)在电极板上周边点胶以形成胶墙；(3)上、下两列相对并以错位方式堆叠；(4)置入模具中真空处理后并灌注电解液；(5)加压；(6)软熔热封使上、下电极板间的胶墙密合后即可完成。

根据上述的制作过程，可制成一薄型的扁平型超电容，其结构为以上、下错位的方式堆叠电极板(Plate)而成一扁平型超电容，上、下两组电机板间，以胶墙将电解液封装于其中。

上述扁平型超电容的封装方法，在上、下电极板的外面上可形成接触电极。

上述扁平型超电容的封装方法，软熔胶墙步骤可以以一热源加热、或以超音波加热、或以红外线加热胶墙。

上述扁平型超电容的结构，可通过增加长电极板的数量，来增加其电压。

上述扁平型超电容的结构，可将该结构再行封装于容器内，并在容器外设置接触电极。

上述扁平型超电容的结构，该接触电极可以为钨氮化物；该胶墙可以为热可塑性树脂材料组成。

上述扁平型超电容的结构中，长电极板的长度为短电板的两倍。

本发明的有益效果在于：该扁平型超电容结构及封装方法可达到超电容的薄型化及模块化，且可实现依据应用需求而制造的目的。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下面特举一较佳实施例，并配合所附图式作详细说明。

附图说明

图1A为公知电容结构的组成示意图；

图1B为公知电容结构的制作过程示意图；

图2A为公知超电容的结构组成示意图；

图2B为图2A的电连接示意图；

图3为图2A的立体外观图；

图4为在先申请已揭露的超电容结构示意图；

图5为在先申请已揭露的超电容堆叠状态示意图；

图6为在先申请已揭露的超电容应用状态示意图；

图7为本发明的结构立体外观图；

图8为本发明的结构电连接方法示意图；

图9为本发明的结构组成外观立体图；

图10为本发明的结构排列方法剖视图；

图11为本发明的制作过程(填充电解液)方法示意图；

图12为本发明的另一制作过程(加压)方法示意图；

图13为本发明制作过程方法完成后的成品结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1堆叠结构        11电极板      12密合垫

13条块           14填充埠      15空隙

16高表面积涂层   17微突起

2超电容能量储存装置

21电极板         22电极板      23塞缝垫圈

24塞缝垫圈       25高表面涂积层26间隙

27导电片

3模块化超电容能量储存装置

31电极板         32电极板       33隔离片

34电解液         35胶墙         36接触电极

37接触电极       38导电胶

4容器            41接触电极

5扁平型超电容    51长电极板     52短电极板

53胶墙           531胶墙        532胶墙

54模具           55模具         56电解液

57电解液容置槽   571真空吸力装置

具体实施方式

本发明有关一种扁平型超电容的结构及封装方法，请参阅图7及图8，图中所示为本发明扁平型超电容5的结构，其是由规格化的两长电极板51，及两短电极板52及胶墙53经制作加工后所构成，请参照图7，其排列组合方式如图中所示，其在上的一列是由两长电极板51及一短电极板52间隔适当距离横向排列，其在下的一列是由一短电极板52及两长电极板51间隔适当距离横向排列，且上、下两列间也隔有一适当的距离，两列中间是由环状的胶墙53黏着而相连接，图8所示为本发明的结构电连接示意图。

敬请参阅图9，如图中所示，其在上的一列是由两长电极板51及一短电极板52间隔适当距离横向排列，其在下的一列是由一短电极板52及两长电极板51间隔适当距离横向排列，且上、下两列间也隔有一适当的距离，且各电极板的相对面四周点注有环状的胶墙531、532，并由该各胶墙531、532围成容置空间；请参阅图10，图中所示即为上、下两列极板的排列情形，上、下两列是以错置的方式排列；请参阅图11，将排列完成的上、下两列极板置于模具54、55中，并放入电解液容置槽57内，置入后，先行以真空吸力装置571将槽内的空气抽出，再导入电解液56，使电解液充满于由其中；敬请参阅图12，经加压后，模具54、55将上、下两列电极板对合，使上、下两列电极板相对应面上的胶墙531、532对合，经软熔热封后，使上、下电极板间的胶墙531、532密合后即可完成，其制作过程完成后的电连接关系如图13中所示，是串联的方式。

本发明的结构完成后，呈扁平的状态，区别现有技术揭露的以堆叠方法制成的超电容，其形体上趋于薄型化，且也同样可达到高功率及高电能的要求，另外，随着其长电极板51的增加，可增加其电容量，其厚度和公知的堆叠式相比较，仅为其1/X(X为堆叠的单元数)，可应用于厚度空间较少的产品，更适合于目前许多信息或电子产品如PDA、行动电话的使用。

又，本发明的结构是利用一特殊封装方法达到的，其程序如下：

(1)裁切标准规格的电极板；

(2)在电极板上周边点胶以形成胶墙；

(3)上、下两列相对并以错位方式堆叠；

(4)置入模具中真空处理后并灌注电解液；

(5)加压；

(6)软熔热封使上、下电极板间的胶墙密合后即可完成。

通过上述封装方法，即可制成本发明的扁平型超电容结构。

根据本发明所揭露的扁平型超电容之结构及封装方法，其确可达到使超电容薄型化及模块化，且可依据应用需求而制造之目的。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明公开的内容所作的等效变化与更改，都应属于本发明的专利范围。

Claims (11)

1.一种扁平型超电容的封装方法，其特征在于，所述封装方法至少包含下列的步骤：

(1)裁切标准规格的电极板；

(2)在电极板上周边点胶以形成胶墙；

(3)上、下两列相对并以错位方式堆叠；

(4)置入模具中真空处理后并灌注电解液；

(5)加压；以及

(6)软熔热封使上、下电极板间的胶墙密合后即可完成。

2.如权利要求1所述的扁平型超电容的封装方法，其特征在于，还包含：在所述结构的上、下电极板的外面上形成接触电极。

3.如权利要求1所述的扁平型超电容的封装方法，其特征在于，所述软熔胶墙步骤是以一热源加热所述胶墙。

4.如权利要求1所述的扁平型超电容的封装方法，其特征在于，所述软熔胶墙步骤是以超音波加热所述胶墙。

5.如权利要求1所述的扁平型超电容的封装方法，其特征在于，所述软熔胶墙步骤是以红外线加热所述胶墙。

6.一种扁平型超电容的结构，其特征在于，所述结构包括：

一长电极板，其中一面的四周点注有胶墙，并形成环状的容置空间；

一短电极板，其中一面的四周点注有胶墙，并形成环状的容置空间；

由上述的长电极板及短电极板间隔一适当距离作横向排列，上、下列具有胶墙的面相对应，并间隔一适当距离，软熔后的胶墙胶合后形成一密闭的容置空间，其内包覆有电解液。

7.如权利要求6所述的扁平型超电容的结构，其特征在于，增加长电极板的数量，以增加其电压。

8.如权利要求6所述的扁平型超电容的结构，其特征在于，将所述结构再行封装于容器内，并在容器外设置接触电极。

9.如权利要求8所述的扁平型超电容的结构，其特征在于，所述接触电极为钨氮化物。

10.如权利要求6所述的扁平型超电容的结构，其特征在于，所述胶墙为热可塑性树脂材料组成。

11.如权利要求6所述的扁平型超电容的结构，其特征在于，所述长电极板的长度为短电板的两倍。

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