CN105210229A - 储能结构及其制造方法 - Google Patents

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CN105210229A CN201480026735.XA CN201480026735A CN105210229A CN 105210229 A CN105210229 A CN 105210229A CN 201480026735 A CN201480026735 A CN 201480026735A CN 105210229 A CN105210229 A CN 105210229A
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R·弗列罗
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Abstract

提供了储能结构及其制造方法。该方法包括：提供第一导电片部分和第二导电片部分，该第一导电片部分和该第二导电片部分被通过可渗透分隔片分隔开并且至少部分限定该储能结构的外壁，第一导电片部分和第二导电片部分的包括第一电极和第二电极的第一表面区域和第二表面区域面对可渗透分隔片的(相反的)第一表面和第二表面；形成至少部分由第一表面区域和第二表面区域限定的电解质接收腔室，该形成包括：利用至少一个粘合边界将第一导电片部分、第二导电片部分、和可渗透分隔片粘合在一起，从而围绕第一电极和第二电极的至少一部分形成分界框架；以及在电解质接收腔室内提供电解质，该电解质与第一电极和第二电极相接触，该电解质能够穿过该可渗透分隔片。

Description

储能结构及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请No.61/801,206的优先权，该专利申请的全部内容由此被以参引的方式结合到本文中。另外，本申请要求2013年9月30日提交的美国临时专利申请No.61/884,324的优先权，该专利申请的全部内容由此被以参引的方式结合到本文中。
技术领域
本发明涉及储能结构和制造储能结构的方法，并且更具体地涉及改进的柔性储能结构及其制造方法。
背景技术
电子工业的关键目标之一在于缩小诸如智能手机、计算机、和照相机之类的电子装置的尺寸，同时提高那些装置的性能、特征、和功率要求。通常，包括例如电池和电容在内的功率子***已经占据了电子装置的相当大部分的尺寸和体积。
发明内容
在一个方面中，通过提供这样一种方法来克服现有技术的缺点并且提供附加的优点，该方法包括：制造储能结构，该制造包括：提供通过可渗透分隔片分隔开的第一导电片部分和第二导电片部分，该第一导电片部分和该第二导电片部分至少部分限定该储能结构的外壁，其中，第一导电片部分的第一表面区域包括面对可渗透分隔片的第一表面的第一电极，并且第二导电片部分的第二表面区域包括面对可渗透分隔片的第二表面的第二电极，可渗透分隔片的第一表面和第二表面为其相反的表面；形成电解质接收腔室，该电解质接收腔室至少部分由第一导电片部分的第一表面区域和第二导电片部分的第二表面区域限定，并且该形成包括：利用至少一个粘合边界将第一导电片部分、第二导电片部分、和可渗透分隔片粘合在一起，该至少一个粘合边界围绕第一电极和第二电极的至少一部分形成分界框架；以及在电解质接收腔室内提供电解质，该电解质与第一电极和第二电极相接触，其中，该电解质能够穿过可渗透分隔片。
在另一方面中，呈现出了一种结构。该结构包括：储能结构，该储能结构包括：通过可渗透分隔片分隔开的第一导电片部分和第二导电片部分，第一导电片部分和第二导电片部分至少部分限定储能结构的外壁，其中，第一导电片部分的第一表面区域包括面对可渗透分隔片的第一表面的第一电极，并且第二导电片部分的第二表面区域包括面对可渗透分隔片的第二表面的第二电极，可渗透分隔片的第一表面和第二表面为其相反的表面；电解质接收腔室，该电解质接收腔室至少部分由第一导电片部分的第一表面区域和第二导电片部分的第二表面区域限定，并且该电解质接收腔室包括：至少一个粘合边界，该至少一个粘合边界将第一导电片部分、第二导电片部分、和可渗透分隔片粘合在一起，并且围绕第一电极和第二电极的至少一部分形成分界框架；以及处于电解质接收腔室内的电解质，该电解质与第一电极和第二电极相接触，其中，该电解质能够穿过可渗透分隔片。
在另一方面中，呈现出了一种制造储能结构的方法。该方法包括提供多单元储能结构，其中，该多单元储能结构的一个或多个外表面包括至少一个导电片，该至少一个导电片有助于限定该多单元储能结构的至少一个储能单元。
在再一方面中，呈现出了一种结构。该结构包括：储能结构，该储能结构包括：电池，该电池包括第一导电接头；超级电容结构，该超级电容结构包括第二导电接头；以及绝缘袋，该绝缘袋包围住电池和超级电容，其中，第一导电接头和第二导电接头从该绝缘袋向外延伸。
通过本发明的技术获得了附加的特征和优点。本发明的其它实施例和方面被在本文中进行了详细描述并且被视为是所要求保护的发明的一部分。
附图说明
本发明的一个或多个方面在处于本专利说明书的完结部分中的权利要求书中被具体指出并被作为示例明确要求保护。本发明的前述和其它目的、特征、和优点通过结合附图作出的下列详细说明而变得清楚，在附图中：
图1A-1B描绘了根据本发明的一个或多个方面的用于制造储能结构的一个方法实施例。
图2为根据本发明的一个或多个方面的储能结构的分解视图；
图3为根据本发明的一个或多个方面的处于制造的中间阶段中的储能结构的截面正视图；
图4描绘了根据本发明的一个或多个方面的另一储能结构的一个实施例；
图5描绘了根据本发明的一个或多个方面的储能结构的另一实施例；
图6描绘了根据本发明的一个或多个方面的储能结构的另一实施例；
图7A描绘了根据本发明的一个或多个方面的导电片部分；
图7B描绘了根据本发明的一个或多个方面的在以共用电极材料涂覆导电片部分的表面区域之后的图7A的导电片部分；
图7C描绘了根据本发明的一个或多个方面的在限定电极之后的图7B的导电片部分；
图7D描绘了根据本发明的一个或多个方面的用于形成至少一个粘合边界的片材；
图7E描绘了根据本发明的一个或多个方面的由图7D的片材形成的至少一个粘合边界；
图7F描绘了根据本发明的一个或多个方面的与图7E的至少一个粘合边界重叠的可渗透分隔片；
图7G标示出了根据本发明的一个或多个方面的图7F的可渗透分隔片的某些区域；
图7H描绘了根据本发明的一个或多个方面的可渗透分隔片以及图7E的至少一个粘合边界的的另一实施例；
图8A-8H描绘了根据本发明的一个或多个方面的一种用于制造多个储能结构的方法的实施例；
图9A描绘了根据本发明的一个或多个方面的包括电池和超级电容结构在内的储能结构的实施例；以及
图9B描绘了根据本发明的一个或多个方面的包括电池和超级电容结构在内的储能结构的另一实施例。
具体实施方式
在下文中将参照附图中所图示的非限制性示例对本发明的各个方面及其某些特征、优点和细节进行更为充分的说明。这里省略掉了对于公知材料、制造工具、加工技术等的说明，以便不会在细节上不必要地使本发明不清楚。但是，应该理解的是，该详细说明及具体示例在指出本发明的各个方面的同时仅作为实例而给出，而非为了限制而给出。通过本公开，本领域技术人员将设想出处于本发明的基本构思的精神和/或范围内的多种替代、变型、增加、和/或布置。
本公开部分地提供了储能结构及其制造方法。储能结构可以例如是超级电容、电容、电池、燃料电池、能够存储能量的任何其它装置或结构、或者其任意组合。如在本文中所使用的那样，“超级电容”例如为包括被设置在电极之间的电解质的电化学电容。电解质例如是一种电流可以通过的物质，该物质可以是液体。在另一实施例中，电解质可以是固态或半固态的可流动材料。超级电容的一个示例为电化学双层电容(EDLC)，它在导电电极表面与电解质之间的界面处例如通过将电荷分隔在双离子层中来存储电能。用于超级电容的另一术语为超级电容器。
储能装置的特征可以在于能量密度和功率密度。储能装置的能量密度(也被称之为比能)被定义为该装置的每一单位质量所存储的能量的数量，并且功率密度被定义为每一单位质量的能量可被传输给该装置或从该装置传输出所处的速度。通过比较它们相应的能量密度和功率密度可对不同类型的储能装置进行比较。作为一个示例，活性碳超级电容的能量密度可以例如为传统的锂离子充电电池的能量密度的十分之一，但是其功率密度例如为传统的锂离子充电电池的功率密度的10至100倍。
一般来说，在一个方面中，本文中提供了一种包括储能结构在内的结构。该储能结构包括：通过可渗透分隔片分隔开的第一导电片部分和第二导电片部分，第一导电片部分和第二导电片部分至少部分限定该储能结构的外壁，其中，第一导电片部分的第一表面区域包括面对可渗透分隔片的第一表面的第一电极，并且第二导电片部分的第二表面区域包括面对可渗透分隔片的第二表面的第二电极，该可渗透分隔片的第一表面和第二表面是其相反的表面；电解质接收腔室，该电解质接收腔室至少部分由第一导电片部分的第一表面区域和第二导电片部分的第二表面区域限定，并且该电解质接收腔室包括：至少一个粘合边界，该至少一个粘合边界将第一导电片部分、第二导电片部分、与可渗透分隔片粘合在一起，并且形成围绕第一电极和第二电极的至少一部分的分界框架；以及处于该电解质接收腔室内的电解质，该电解质与第一电极和第二电极相接触，其中，电解质能够穿过该可渗透分隔片。
在一个实施例中，第一导电片部分和第二导电片部分可以是共用导电片的一部分，该共用导电片被折叠以便使第一导电片部分和第二导电片部分与位于它们之间的可渗透分隔片基本上对齐。
在另一实施例中，该结构还包括多个储能结构，这多个储能结构包括共用导电片的多个第一导电片部分，这多个第一导电片部分通过共用对称线与共用导电片的多个第二导电片部分分隔开，其中，该共用导电片被沿着该共用对称线折叠以使得多个第一导电片部分和多个第二导电片部分与位于它们之间的可渗透分隔片基本上对齐。
在另一实施例中，该结构还包括至少一个导电接头，该至少一个导电接头电连接于第一导电片部分和第二导电片部分中的至少一个并且从该至少一个导电片部分向外延伸。
在一个实施方案中，该储能结构为能够以任意角度弯曲的柔性储能结构。在另一实施方案中，分界框架是(或者包括)电绝缘体，该电绝缘体将第一导电片部分与第二导电片部分电绝缘。在另一实施方案中，分界框架围绕该电解质接收腔室提供不透流体的密封，并且是或包括耐化学药品的材料，该耐化学药品的材料阻止从该电解质接收腔室发生泄漏。
在一个示例中，该粘合边界包括利用可流动材料。在这种情况下，该可流动材料可以是环氧树脂材料。在另一示例中，粘合边界包括压敏粘合剂。在再一示例中，该结构包括至少一个导电接头，该至少一个导电接头电连接于第一导电片部分和第二导电片部分中的至少一个并且从该至少一个导电片部分向外延伸。
在另一方面中，呈现出了一种储能结构。该储能结构包括：电池，该电池包括第一导电接头；超级电容结构，该超级电容结构包括第二导电接头；以及绝缘袋，该绝缘袋包围住电池和超级电容结构，其中，第一导电接头和第二导电接头从该绝缘袋向外延伸。
下面参照附图进行说明，为了便于理解，这些附图并未按照比例绘制，其中，遍及不同附图使用的相同的附图标记表示相同或类似的部件。
图1A图示了根据本发明的一个或多个方面的一种用于制造储能结构100的方法的一个或多个实施例。如图1A中所示，该制造方法包括：提供通过可渗透分隔片分隔开的第一导电片部分和第二导电片部分，第一导电片部分和第二导电片部分至少部分限定该储能结构的外壁，其中，第一导电片部分的第一表面区域包括面对可渗透分隔片的第一表面的第一电极，并且第二导电片部分的第二表面区域包括面对可渗透分隔片的第二表面的第二电极，该可渗透分隔片的第一表面和第二表面为其相反的表面110；形成电解质接收腔室，该电解质接收腔室至少部分由第一导电片部分的第一表面区域和第二导电片部分的第二表面区域限定120，并且该形成包括：利用至少一个粘合边界将第一导电片部分、第二导电片部分、和可渗透分隔片粘合在一起，该至少一个粘合边界围绕第一电极和第二电极的至少一部分形成分界框架130；以及在电解质接收腔室内提供电解质，该电解质与第一电极和第二电极相接触，其中，该电解质能够穿过该可渗透分隔片140。在另一实施例中，该方法包括提供多单元储能结构，其中，该多单元储能结构的一个或多个外表面包括至少一个导电片，从而有助于限定该多单元储能结构的至少一个储能单元。
在一个示例中，该粘合包括在形成该粘合边界时利用可流动材料。在这种示例中，该可流动材料可以包括环氧树脂材料。在另一示例中，该粘合边界包括压敏粘合剂。
在一个实施例中，提供第一导电片部分和第二导电片部分包括利用共用电极材料涂覆第一表面区域和第二表面区域以形成第一电极和第二电极。在另一示例中，该至少一个粘合边界有助于使可渗透分隔片既与第一导电片部分又与第二导电片部分间隔开。在另一实施例中，分界框架围绕该电解质接收腔室提供不透流体的密封，并且包括耐化学药品的材料，该耐化学药品的材料阻止从该电解质接收腔室发生泄漏。
在一个实施方案中，该方法包括提供至少一个导电接头，该至少一个导电接头电连接于第一导电片部分和第二导电片部分中的至少一个并且从该至少一个导电片部分向外延伸。在另一实施方案中，该分界框架包括电绝缘体，该电绝缘体使第一导电片部分与第二导电片部分电绝缘。在另一实施方案中，该粘合包括加热该粘合边界以便将第一导电片部分、第二导电片部分、和可渗透分隔片粘合在一起。在另一实施方案中，该粘合包括向该粘合边界施加压力以便将第一导电片部分、第二导电片部分、和可渗透分隔片粘合在一起。
图2为根据本发明的一个或多个方面的储能结构200的一个实施例的分解视图。如所示，储能结构200包括至少一个导电接头201、202，该至少一个导电接头201、202电连接于该结构的导电片部分211、213并且从该导电片部分211、213延伸。这些导电接头可被用于将能量传输到储能结构200中以便存储能量或者释放能量。在所描绘的示例中，导电接头201电连接于第一导电片部分211并且从该第一导电片部分211向外延伸，并且导电接头202电连接于第三导电片部分213并且从该第三导电片部分213向外延伸。在其它示例中，另一导电接头可以从第二导电片部分212向外延伸。
这些导电片部分用作集电器，并且可以是或包括金属箔，该金属箔包括例如铝箔。这些导电片部分可以为任何合适的金属，例如，铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、铬(Cr)，或者可以为导电氧化物。在一个示例中，根据在该储能结构内所采用的电化学，这些导电片部分的厚度介于1至100微米之间。在对于整个储能结构或其电极中的一个或多个的机械稳定性而言无需导电片的情况下，该厚度例如可以介于1至3微米之间。在对于整个储能结构或其电极中的一个或多个的机械稳定性而言需要导电片的情况下，根据诸如挠曲、弯曲、机械冲击、或振动之类的外界因素，该厚度可以介于3至25微米之间。在一个具体示例中，这些导电片部分的厚度介于5至15微米之间。
有利地是，如在该分解视图中所示，储能结构200的每个部件均为可以被根据需要弯曲或折叠的柔性材料薄片。总体上，该储能结构200自身是柔性的，并且可以以任意角度弯曲或折叠。
多个导电接头的设置使储能结构200具有不同的电压等级，并且允许将储能结构200连接于诸如电子装置之类的多种装置，该电子装置包括智能手机、照相机、移动电话、起搏器、胰岛素泵等。在一个示例中，这些导电接头可以是可形成连续导电片部分和导电接头的共用导电片的多个部分。在另一示例中，导电接头可以是例如通过焊接、熔接、利用导电环氧树脂粘合、引线接合等附接于导电片部分的分离开的部分。储能结构200自身可以被复制并且被相互并排或层叠在一起，其中，根据需要形成连接以便将若干个结构串联或并联连接，并且储能结构200可以包括逻辑开关和电路以均衡结构网络。
这种构造提供了明显的优点，这是因为在图2所示的示例中，最外面的片材、第一导电片部分211、和第三导电片部分213均是导电的，通过允许在储能结构200的任意表面上进行接触，储能结构200的整个外表面均可以被用来与电子装置的各个部件建立电接触，从而极大地简化了这种电子装置的设计。例如，第一导电片部分211可以为接地面，从而允许连接于多个部件和第二导电片部分。
继续参照图2，在所示实施例中，第一导电片部分211和第二导电片部分212通过可渗透分隔片230分隔开。在该实施例中，第一导电片部分211的第一表面区域包括第一电极221，而第二导电片部分212的第二表面区域包括第二电极222。第一电极221面对可渗透分隔片230的第一表面，而第二电极222面对可渗透分隔片230的第二表面，第一表面和第二表面被描绘成可渗透分隔片230的相反的表面。可渗透分隔片230为多孔绝缘片，其被设计成用来防止第一电极221和第二电极222相互直接电接触。
电极221、222可由可具有较大比表面积的多孔或海绵状材料(例如活性碳、无定形碳、碳气凝胶、石墨烯、或碳纳米管)构成。这些电极可以是对称的，并且包括多种碳，或者它们可以是不对称的电极，使得负电极可以包括镍锰氯(NMC)或镍钴铝(NCA)、或者诸如钴化锂之类的锂盐和其它阴极材料或金属氧化物。正或负碳电极可还包含提高电压的材料，例如氟化物或锂金属。在一个示例中，由于微孔性，导致电极221、222的比表面积可以为每克500-2000平方米。
在所描绘的实施例中，第一导电片部分211的第一表面区域和第二导电片部分212的第二表面区域至少部分限定电解质接收腔室。如下文中所述，电解质将被提供在电解质接收腔室内，从而例如与第一电极221和第二电极222接触。电解质可以被选择成是能够穿过可渗透分隔片230的，并且可以是或包括具有诸如氢氧化钾(KOH)之类的溶解的化学药品的溶剂。电解质可以是诸如KOH、NaOH、硫酸等之类的水基离子性液体、或者是处于诸如氰化甲烷、碳酸二甲酯聚碳酸酯等之类的多种溶剂中的四氟硼酸三乙基铵(TEMABF4)或四氟硼酸四乙基铵(TEABF4)之类的有机电解质、或者其混合物。在另一实施例中，电解质可以为半固态的或固态的材料，并且可以起到作为电介质或绝缘体的这一双重作用，从而用于将两个电极分隔开。
在一个实施方案中，电解质接收腔室可以通过利用至少一个粘合边界240粘合第一导电片部分211、第二导电片部分212、和可渗透分隔片230来形成。在这种示例中，粘合边界240可以围绕第一电极221和第二电极222的至少一部分形成分界框架，从而有助于将可渗透分隔片230既与第一导电片部分211又与第二导电片部分212间隔开。例如在向电解质接收腔室内提供电解质之后，电解质自身与分界框架相结合用来将第一导电片部分211与第二导电片部分212间隔开，这些导电片部分如所述那样可以被构成为薄的柔性箔。有利地是，分界框架被设置成围绕该电解质接收腔室形成不透流体的(例如，不透气的)密封，并且阻止电解质从电解质接收腔室泄漏。
粘合边界240均可以例如由一层电绝缘体形成。在这种示例中，该电绝缘体用来使第一导电片部分211与第二导电片部分212电绝缘。在一个示例中，该电绝缘体为介电材料。在另一示例中，该粘合边界可以被利用诸如环氧树脂材料之类的可流动材料形成，或者可以被利用压敏粘合剂、热塑性材料、热熔性混合物等形成。
有利地是，由于使用了粘合边界240，因此储能结构200无需外袋或绝缘套。相反，储能结构200的整体所需的部件自身被用来形成其包装。该“无袋”设计消除了袋或包装材料的厚度，从而使得储能结构200能够具有极薄的轮廓。例如，在粘合边界240的厚度小于可渗透分隔片240和电极221、222的厚度的实施例中，本文中所述的技术使得储能装置并不会由于其包装而具有额外的附加厚度。这是因为粘合边界240占据了与上述所需结构竖向高度相同或比其更小的竖向高度。
在图2所示的示例中，处于第一导电片部分211与第二导电片部分212之间的结构被镜像反映在第二导电片部分212与第三导电片部分213之间。例如，第三导电片部分213的第三表面区域包括第三电极223，该第三电极223面对另一可渗透分隔片230的表面。通过镜像处于(共享的)第二导电片212与第三导电片部分213之间的结构，图2的储能结构描绘了呈层叠的双极构造的两个超级电容单元。
层叠的双极构造提供了一些优点，这是因为可通过接触不同的导电片部分来获得不同的电压等级。在一个示例中，层叠单元可以被串联连接。在另一示例中，层叠单元可以是可触及的并且被并联连接。例如，如果图2中所示的两个单元中的每一个均能够存储2.7伏(V)，则在一个示例中，第一导电片部分211可以为处于0伏的接地面，第二导电片部分212可以存储或输送2.7V(例如，一个单元)，并且第三导电片部分213可以存储或输送5.4V(例如，两个单元)。在另一示例中，每个单元均可以被作为例如2.7V的单元单独地触及。如可理解到的那样，该层叠构造可以被重复以包括以与针对两个单元所述的方式类似的方式层叠的三个、四个、或任意数量的单元，这些单元可以被串联、并联或采用一些其它的方式连接以便输送所需的电压等级和功率等级。
图3-7图示了利用粘合边界的柔性储能结构的多个方面和实施例，用来说明可以采用本发明的技术的多种实施例的子集。在将要在下文中描述的这些附图中，与参照图2所使用的200系列附图标记具有相同的最后两个数字的三位数附图标记将指代相同或类似的部件。例如，附图标记311、411等将指代与参照图2提及的附图标记211所指代的部件相同或类似的部件，例如，第一导电片部分。
图3为根据本发明的一个或多个方面的处于制造的中间阶段期间的储能结构300的截面正视图。在所示实施例中，第二导电片部分312被在储能结构300的两个单元之间共享。在该实施例中，第一导电片部分311和第二导电片部分312形成第一单元，并且第二导电片部分312和第三导电片部分313形成第二单元。有利地是，在这种构造中，来自一个单元的第一电压等级可以通过电接触例如第一导电片部分312来获得，并且第二等级的串联组合电压可以通过经由例如第二导电片部分311接触两个单元来获得。如图3中所示，两个粘合边界340可以在这种结构中由相应的可渗透分隔片330、330’重叠，以有助于形成相应的电解质接收腔室。在该示例中，粘合边界340限制住并且密封住相应的可渗透分隔片330、330’。
在一个实施例中，可以使用如所示处于共面或扁平构造中的储能结构300。在另一实施例中，为了减小装置占用空间，储能结构300可以被沿着导电片部分312对折。该折叠可以这样发生，使得导电片部分312在所得到的结构的内侧上背对背竖立，或者被折叠处于相反的取向中，使得导电片部分312位于外侧上。在一个示例中，储能结构300被折叠，使得导电片部分312位于外侧上，并且在导电片部分之间加入电绝缘材料以防止它们相互接触。无论该结构被折叠处于何种取向中，在内表面之间均可以使用诸如聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)之类的可热粘合的材料、诸如PSA之类的压敏材料、或者诸如环氧树脂膜之类的粘性材料来将该结构保持成是永久折叠的。利用电解质填充每个隔室可以在该结构是水平的或者在已经将其折叠之后进行。为了有助于使该结构适应于多种应用，储能结构300可以被沿着导电片部分312以介于-180度至+180度之间的任意角度居中弯曲。
图4描绘了根据本发明的一个或多个方面的另一储能结构400的一个实施例。在所示实施例中，第一导电片部分411、第二导电片部分412、和可渗透分隔片430可以被利用单个粘合边界440粘合在一起。在该示例中，可渗透分隔片430并不与粘合边界440重叠，并且相反该可渗透分隔片430被确定尺寸成并且被构造成与第一电极421和第二电极422的占用空间相匹配。
图5描绘了根据本发明的一个或多个方面的储能结构500的另一实施例。在该实施例中，储能结构500为层叠的双极超级电容。如所示结构之类的双极储能结构包括两个单元，并且在所示实施例中，这些单元被层叠在一起处于电串联构造中。层叠的双极超级电容的第一单元由第一导电片部分511、第二导电片部分512、以及位于它们之间的其余储能结构部件限定。层叠的双极超级电容的第二单元由第二导电片部分512、第三导电片部分513、和位于它们之间的其它所述结构限定。在这种构造中，第二导电片部分512被该超级电容的第一单元和第二单元所共享，从而使得在这些单元之间能够形成电串联连接。如所描绘的那样，至少一个粘合边界540在第一单元中将第一导电片部分511、第二导电片部分512、以及可渗透分隔片530粘合在一起。同样，至少一个粘合边界540在第二单元中将第二导电片部分512、第三导电片部分513、以及可渗透分隔片530粘合在一起。
如上所述，例如储能结构500的无包装设计提供了若干优点。作为一个优点，导电片部分511、513可在储能结构500的顶部和底部处触及到，并且可在其上的任意位置或表面处形成电触点。如果必要的话，可以向导电片部分511、513施加薄密封剂层，以防止出现不期望出现的电接触。作为另一优点，在围绕电极形成分界框架时利用粘合边界540来密封储能结构500，而不会增加额外的厚度，这是因为在所述实施例中，粘合边界540可比电解质接收腔室所需的空间更薄。共享该竖向空间使得能够消除储能结构500的厚度。
图6描绘了根据本发明的一个或多个方面的处于制造的中间阶段中的储能结构600的另一实施例。储能结构600包括至少一个粘合边界640。通过与储能结构500的至少一个粘合边界500进行比较，至少一个储能结构600具有更薄的轮廓。粘合边界的不同厚度可以有利于针对不同的储能结构形成不同尺寸的电解质接收腔室，并且可同样考虑到不同的储能结构厚度，从而能够实现其多种应用。
图7A-7H图示了根据本发明的一个或多个方面的一种用于制造储能结构的方法的多种实施例。图7A描绘了提供共用导电片710，其可以为诸如上文中所讨论的柔性箔之类的柔性箔。如图7B中所描绘的那样，可向共用导电片710施加电极涂层720。电极涂层720可以例如为碳电极涂层。在所描绘的示例中，已经向共用导电片710施加了电极涂层的连续条带。如图7C中所描绘的那样，可以从共用导电片中剥去该电极涂层的多个部分以形成第一电极721和第二电极722。在另一示例中，可以采用间歇或跳跃涂覆方法来向共用导电片710施加电极涂层以获得图7C的结构。在所图示的实施例中，第一导电片部分711的第一表面区域包括第一电极721，而第二导电片部分712的第二表面区域包括第二电极722。
图7D图示了用于形成至少一个粘合边界的片材740。如图7E所描绘的那样，可以通过在材料中切割或蚀刻出开口来利用该片材形成至少一个粘合边界741。如图7F中所示，可渗透分隔片730可以被设置有至少一个粘合边界741。如在图7G中所标出的那样，可渗透分隔片730的不同区域可被标示为覆盖在至少一个粘合边界741中的开口(参见图7E)上。如图7H中所示，可以去除可渗透分隔片730的材料以限定出主要覆盖在至少一个粘合边界741中的开口上的可渗透分隔片741。
随后可将包括第一导电片部分(和第一电极)和第二导电片部分(和第二电极)在内的图7C的结构与图7H的结构相粘合，该粘合结构包括可渗透分隔片和至少一个粘合边界。在这种情况下，至少一个粘合边界围绕第一电极和第二电极形成分界框架，以限定出所期望的电化学结构。随后可通过折叠或加入其它片材来将这种结构与适当的电解质结合使用以形成储能结构。
图8A-8H描绘了根据本发明的一个或多个方面的一种用于同时制造多个储能结构的方法的实施例。参照这些附图，描绘了一种用于形成反转的双极单元的方法。在所描绘的实施例中，可将带层压机用于在连续过程中制造多个储能结构。如下所述，在带层压过程中，可将承载膜馈送到该带层压机中，这确保了放置在承载膜的顶部上的诸如粘合边界、导电片部分、密封剂片材等之类的部件在层压过程期间将并不移位。随后可利用压力和/或温度处理的组合通过带层压机将这些部件粘合在一起。这在形成储能结构时可允许例如采用压敏粘合剂(PSA)或诸如PP或PE之类的可热粘合的材料。可将离散的部件排列并放置在承载膜上，或者可将结构元件自身用作承载膜。在一个示例中，带层压机可以包括加热带，以便于对各种材料进行预热。在另一示例中，带层压机可以包括可调设置以允许向这些材料施加不同的压力等级或温度。
如图8A中所图示，可采用例如参照图7A-7C所述的方法以电极材料来条带涂覆、丝网印刷、或通过多种其它沉积技术涂覆共用导电片810，以便在共用导电片810上形成多个电极820。多个导电接头802可以由共用导电片810的未涂覆部分限定或形成。在其它示例中，如果对于给定应用而言需要的话，可随后将坚固的可兼容的金属接头焊接于导电接头802。
如图8B中所示，可将具有多个电极的共用导电片切割成离散的结构851、861。结构851可以具有从诸如右顶角之类的拐角延伸的导电接头802，而结构861可以具有从诸如右下角之类的不同拐角延伸的导电接头802。继续参照图8C，可以将若干个结构851放置在一个可渗透分隔片830上，并且可以将若干个结构861放置在另一可渗透分隔片830上。可渗透分隔片830可随后用作用于这些结构的承载膜以与带层压机一起使用。例如，可以将这些结构与可渗透分隔片830一起缠绕到芯部上，或者可以将这些结构层叠在储料匣中用于随后馈送到该带层压机中。
如图8D中所图示，在将这些结构粘合于可渗透分隔片830之后，可以切割可渗透分隔片830以形成结构852、862。结构852、862均包括电极、导电片部分、和可渗透分隔片。
接着，如图8E中所图示，结构852和结构862可以被通过密封剂层870层叠并分隔开，该密封剂层870可以是介电材料。该密封剂层可以被定向成既与结构852的导电片部分接触，又与结构862的导电片部分接触，并且用来将这两个结构电绝缘。随后，如图8F中所图示，可将层叠的结构切割并且分隔开以形成结构853。
图8G图示了具有多个导电片部分的另一共用导电片810’。这多个导电片部分包括电极820。多个第一导电片部分通过共用对称线L与多个第二导电片部分分隔开。
图8H图示了被层叠在共用导电片810’的电极820上的结构853。如所示，结构853的电极已经被与共用导电片810’的电极820对齐。端口嵌入件805可以被设置有结构853，以便于将电解质引入到正被制造的单元中的一个的电解质接收腔室中。
图8I图示了第二端口嵌入件805，该第二端口嵌入件805被设置有结构853，以便同样有助于将电解质引入到正被制造的单元中的另一个的另一电解质接收腔室中。
图8J图示了将共用导电片810’折叠以形成反转的双极储能结构。如可以理解的是，由于共用导电片810’已经被围绕结构853(参见图8H)折叠，因此与所得到的储能结构的任一侧的接触将提供与这些单元中的一个单元的电压相等的电压。与导电接头802的接触可以被用来输送反转的双极储能结构的两个单元的接地和组合串联电压。
图8A-8J图示了可如何组装多个储能结构的一个示例。如上所述，反转的双极构造可在两个外表面上具有共用的导电表面。在概念上而言，反转的双极构造可以被由内而外翻转以形成另一双极构造。在这种情况下，导电表面可被通过介电密封剂层或另一非导电层分隔开，以防止该储能装置短路。通过从该储能装置的多个层内引出多个导电接头，可以接通其中的不同单元，以便向由该储能装置供电的附接的电子组件提供多个电压和功率功能。
图9A描绘了根据本发明的一个或多个方面的包括电池901和超级电容结构903在内的储能结构900的实施例。在所图示的实施例中，储能结构900包括绝缘袋902或罩壳，该绝缘袋902或罩壳包围住电池901和超级电容结构903。在一个示例中，电池901包括成卷电极和分隔材料，但是并未被封装在单独的罩壳中。相反，电池电解质903可以被放置在罩壳902内。在这种示例中，超级电容结构903可被封装在其自身的气密密封件中。如所示，电池901包括第一导电接头904，并且超级电容结构903包括第二导电接头905，并且这些导电接头从绝缘袋902向外延伸。
图9B图示了根据本发明的一个或多个方面的包括电池901和超级电容结构903在内的储能结构900’的另一实施例。在所图示的实施例中，储能结构900’包括将电池901和超级电容903与控制电路连接在一起的电路板907，该控制电路包括用于在超级电容903的子元件或单元之间的并联连接与串联连接之间进行切换的电路。
在一个实施例中，电池和超级电容共享共用的电解质。在另一实施例中，电池具有其自身的绝缘袋材料，从而保持电解质材料在电池与超级电容之间的分离。在另一示例中，在绝缘袋内可以设置不止一个电池以及不止一个超级电容，从而使得能够由储能结构提供多个电压等级和功率等级。在该绝缘袋内，可以根据需要形成电串联连接、电并联连接或其它连接，以便于满足电压和功率要求。例如，电池和超级电容可以被布置成，使得可以为一个或多个元件充电，同时使其它元件放电。该控制电路可以有助于实施这种操作。
本文中所使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，且并非意在对本发明进行限制。如在本文中所使用的那样，单数形式“一个”、“一种”和“该”意在同样包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将明白的是，术语“包括”(及包括的任意形式，例如“包含”和“含有”)、“具有”(及具有的任意形式，例如“有”和“含有”)、“包含”(及包含的任意形式，例如“包括”和“含有”)、和“含有”(及含有的任意形式，例如“包含”和“容纳有”)是开放式的系动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”、或“含有”一个或多个步骤或元件的方法或装置拥有那些一个或多个步骤或元件，但是并不限于仅拥有那些一个或多个步骤或元件。同样，“包括”、“具有”、“包含”、或“含有”一个或多个特征的方法的步骤或装置的元件拥有那些一个或多个特征，但是并不限于仅拥有那些一个或多个特征。另外，以特定方式构造的装置或结构被至少以那种方式构造而成，但是也可以以并未列出的方式构造而成。
下文中的权利要求书中的所有手段或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作及等效物(如果存在的话)意在包括用于结合如具体要求保护的其它所要求保护的元件来执行该功能的任意结构、材料或动作。本发明的说明书已经出于说明和描述的目的给出，但是并非意在是穷举的或者将本发明限制于处于所公开形式的本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员将易于想到许多变型和变化。该实施例被选择和描述，以便最好地说明本发明的一个或多个方面的原理和实际应用，并且用于使本领域技术人员能够理解本发明的用于多个实施例的一个或多个方面，这多个实施例具有适用于所设想到的具体用途的多种变型。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
制造储能结构，所述制造包括：
提供通过可渗透分隔片分隔开的第一导电片部分和第二导电片部分，所述第一导电片部分和所述第二导电片部分至少部分限定所述储能结构的外壁，其中，所述第一导电片部分的第一表面区域包括面对所述可渗透分隔片的第一表面的第一电极，并且所述第二导电片部分的第二表面区域包括面对所述可渗透分隔片的第二表面的第二电极，所述可渗透分隔片的所述第一表面和所述第二表面为所述可渗透分隔片的相反的表面；
形成电解质接收腔室，所述电解质接收腔室至少部分由所述第一导电片部分的所述第一表面区域和所述第二导电片部分的所述第二表面区域限定，并且所述形成包括：
利用至少一个粘合边界将所述第一导电片部分、所述第二导电片部分、和所述可渗透分隔片粘合在一起，所述至少一个粘合边界围绕所述第一电极和所述第二电极的至少一部分形成分界框架；以及
在所述电解质接收腔室内提供电解质，所述电解质与所述第一电极和所述第二电极相接触，其中，所述电解质能够穿过所述可渗透分隔片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述第一导电片部分和所述第二导电片部分包括利用共用电极材料涂覆所述第一表面区域和所述第二表面区域以形成所述第一电极和所述第二电极。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述第一导电片部分和所述第二导电片部分包括利用第一电极材料涂覆所述第一表面区域并且利用第二电极材料涂覆所述第二表面区域以形成所述第一电极和所述第二电极，其中，所述第一电极材料和所述第二电极材料为不同的电极材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分界框架围绕所述电解质接收腔室提供不透流体的密封并且包括耐化学药品的材料，所述耐化学药品的材料阻止从所述电解质接收腔室发生泄漏。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合包括在形成所述粘合边界时利用可流动材料。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合边界包括压敏粘合剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括提供至少一个导电接头，所述至少一个导电接头电连接于所述第一导电片部分和所述第二导电片部分中的至少一个导电片部分并且从所述至少一个导电片部分向外延伸。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分界框架包括电绝缘体，所述电绝缘体使所述第一导电片部分与所述第二导电片部分电绝缘。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合包括加热所述粘合边界以便将所述第一导电片部分、所述第二导电片部分、和所述可渗透分隔片粘合在一起。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合包括向所述粘合边界施加压力以便将所述第一导电片部分、所述第二导电片部分、和所述可渗透分隔片粘合在一起。
11.一种方法，包括：
制造储能结构，所述制造包括：
提供多单元储能结构，其中，所述多单元储能结构的一个或多个外表面包括至少一个导电片，所述至少一个导电片有助于限定所述多单元储能结构的至少一个储能单元。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述提供包括将所述至少一个导电片折叠以限定所述多单元储能结构的所述一个或多个外表面。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述制造包括将所述储能结构制造为柔性储能结构，所述柔性储能结构能够以任意角度弯曲。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括提供至少一个导电接头，所述至少一个导电接头被电连接于所述至少一个导电片并且从所述至少一个导电片向外延伸。
15.一种结构，包括：
储能结构，所述储能结构包括：
通过可渗透分隔片分隔开的第一导电片部分和第二导电片部分，所述第一导电片部分和所述第二导电片部分至少部分限定所述储能结构的外壁，其中，所述第一导电片部分的第一表面区域包括面对所述可渗透分隔片的第一表面的第一电极，并且所述第二导电片部分的第二表面区域包括面对所述可渗透分隔片的第二表面的第二电极，所述可渗透分隔片的所述第一表面和所述第二表面为所述可渗透分隔片的相反的表面；
电解质接收腔室，所述电解质接收腔室至少部分由所述第一导电片部分的所述第一表面区域和所述第二导电片部分的所述第二表面区域限定，并且所述电解质接收腔室包括：
至少一个粘合边界，所述至少一个粘合边界将所述第一导电片部分、所述第二导电片部分、和所述可渗透分隔片粘合在一起，并且围绕所述第一电极和所述第二电极的至少一部分形成分界框架；以及
处于所述电解质接收腔室内的电解质，所述电解质与所述第一电极和所述第二电极相接触，其中，所述电解质能够穿过所述可渗透分隔片。
16.如权利要求15所述的结构，其中，所述结构还包括：
多个储能结构，所述多个储能结构包括共用导电片的多个第一导电片部分，所述多个第一导电片部分通过共用对称线与所述共用导电片的多个第二导电片部分分隔开，其中，所述共用导电片被沿着所述共用对称线折叠以使所述多个第一导电片部分和所述多个第二导电片部分与位于它们之间的所述可渗透分隔片基本上对齐。
17.如权利要求15所述的结构，其中，所述结构还包括至少一个导电接头，所述至少一个导电接头被电连接于所述第一导电片部分和所述第二导电片部分中的至少一个导电片部分并且从所述至少一个导电片部分向外延伸。
18.如权利要求15所述的结构，其中，所述第一表面区域和所述第二表面区域被涂覆有共用电极材料以形成所述第一电极和所述第二电极。
19.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面区域被利用第一电极材料涂覆，并且所述第二表面区域被利用第二电极材料涂覆，以便形成所述第一电极和所述第二电极，所述第一电极材料和所述第二电极材料为不同的电极材料。
20.一种结构，包括：
储能结构，所述储能结构包括：
电池结构，所述电池结构包括一组第一导电接头；
超级电容结构，所述超级电容结构包括一组第二导电接头；以及
绝缘袋，所述绝缘袋包围住所述电池结构和所述超级电容结构，其中，所述一组第一导电接头和所述一组第二导电接头被电连接。
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