專利名稱：用于電化學(xué)元件的層電極及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)元件的層電極的制造方法，其中層與金屬結(jié)合在一起。此外，本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)元件的層電極。
從出版的EP0786142 B1中可知電化學(xué)雙層電容器形式的電化學(xué)元件，在所述電化學(xué)雙層電容器中，層電極使用碳材料層。為了使碳布的碳材料與鋁電極接觸，首先利用弧光法將液態(tài)鋁涂在碳布上。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)，鋁盡可能深地滲進(jìn)碳布的纖維中，以此可以得到良好的電接觸。
不過，這種方法有如下缺陷，即所說的鋁很容易因空氣而氧化，并且通過由此產(chǎn)生的氧化鋁層使該層與鋁金屬之間的接觸電阻變高。
進(jìn)一步，已知的層電極制造方法有如下缺陷，為防止層被撕裂，弧光法要求層的機(jī)械穩(wěn)定性高。在電化學(xué)雙層電容器中，為了使碳材料和導(dǎo)出或?qū)腚娏鞯慕饘僦g的歐姆電阻盡可能地低碳材料和金屬之間必須大面積直接接觸。
這種層的高機(jī)械穩(wěn)定性意味著，該層必須具有相對(duì)大的厚度，因此用于與金屬電極接觸的面積減少，這樣引起電容器歐姆電阻的增加。此外，穩(wěn)定的碳材料層需要采用昂貴、穩(wěn)定的纖維材料，這意味著原材料成本的增加。
在下一步制作進(jìn)程中，一個(gè)貼層放置于鋁膜的上面或者底面。該鋁膜作為電容器的導(dǎo)出電極。在構(gòu)造一個(gè)電容卷包時(shí)，為了防止短接膜的邊緣以及阻止碳材料層的損傷，幾個(gè)部件(薄膜和層)必須無(wú)位錯(cuò)地布置。
進(jìn)一步，已知的方法有如下缺陷，即它需要由單個(gè)工作步驟構(gòu)成的大量步驟。通過弧光法噴到層上的鋁增加了層的厚度，因此電容器的容量利用情況變?cè)恪?br> 因此本發(fā)明的目的是，提供一種層電極的制造方法，其中可以使用機(jī)械穩(wěn)定很小的層，并且很容易實(shí)施。
這個(gè)目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的按照本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其它構(gòu)型和根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)的層電極從其它權(quán)利要求可知。
本發(fā)明給出一個(gè)用于電化學(xué)元件的層電極的制造方法，該層電極帶有在金屬膜上放置的層，其中為了得到金屬膜和層之間的結(jié)合，層的表面段以部分層厚壓入金屬膜，并且在碾壓時(shí)，金屬膜軟化。
根據(jù)本發(fā)明的方法，放棄在弧光法中將液態(tài)鋁聚集到該層，這樣該層的機(jī)械負(fù)荷將減輕。因此，可以采用機(jī)械穩(wěn)定性很小的層，并且因此可以采用或者具有較小層厚的層或者廉價(jià)原材料作成的層。
使用較薄的層有如下優(yōu)點(diǎn)，即元件中聚集的所有層材料，例如碳材料，可以分布在大部分電極層中，這樣增大了用于層與電極接觸的面積。因此，有利地降低了要制作的元件的歐姆電阻以及其損耗。
通過放棄弧光法，金屬氧化的危險(xiǎn)減少，這樣，層電極的歐姆電阻減少。
由于放棄噴鋁，層電極的層厚可以減少，這樣要制作的元件的可利用的容量上升。
然而，通過放棄噴鋁或者通過使用較薄的層而削減了的層厚還可以通過使用較厚的鋁薄膜得以平衡，最終層電極的層厚保持相等。而層電極或者要制得的元件的歐姆電阻減少，因?yàn)樵试S較厚的鋁薄膜與元件外接口低歐姆地接觸。
根據(jù)本發(fā)明的方法有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即采用很少的工序步驟并且可以經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。
此外，將層壓進(jìn)軟化的金屬薄膜中可以得到層與金屬薄膜之間最理想的電接觸。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，可以采用包括基本的碳材料的層來作這種層，這例如對(duì)于制得電化學(xué)雙層電容器就是必要的。
此外，采用鋁薄膜作金屬膜，比如在構(gòu)造電化學(xué)雙層電容器是通常的。
本發(fā)明可以如此實(shí)現(xiàn)，即帶有位于金屬膜上的層的層組件放在碾壓工具和擋板之間，這樣層組件通過碾壓工具壓向擋板。
此外，一種有利的方法是，帶有位于金屬膜上的層的層組件放在碾壓工具和擋板之間，并且所述碾壓工具向擋板碾壓層組件。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，碾壓工具備有平滑的表面，所述表面壓向擋板的同樣平滑的表面。因此層的被擠壓的表面段可以連貫地制造，這樣層以它全部表面壓到金屬薄膜上。因此尤其可以實(shí)現(xiàn)金屬薄膜與層的緊密結(jié)合以及相應(yīng)地，層電極的低歐姆阻抗。其中平滑的表面可以是平的或者彎曲的。
在得到電化學(xué)雙層電容器時(shí)，僅部分碳材料層有電容量，其不被金屬包圍。與此相應(yīng)地，其優(yōu)選的是層僅分段地壓入金屬薄膜。層的與金屬薄膜脫開擺放的段為元件貢獻(xiàn)所有的電容量?？梢匀缦律a(chǎn)這種層電極，即碾壓工具的具有凹坑的表面壓向擋板，所述表面這樣安排，即在凹坑的地方，層不壓到金屬薄膜上。
尤其優(yōu)選地，在碾壓工具或者待壓入表面段附近軟化金屬膜。這樣可以達(dá)到，鋁膜的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷盡可能保持很小，這允許采用較薄的鋁薄膜。這樣電容器的容量利用可以得到改善。
金屬薄膜的軟化可以通過例如加熱碾壓工具和/或擋板實(shí)現(xiàn)。
要軟化金屬薄膜的進(jìn)一步可能性在于，電流應(yīng)垂直于薄膜并貫穿流過薄膜。這樣的電流可以通過例如在碾壓工具和擋板上加相應(yīng)的電勢(shì)得到。在這種情況下，碾壓工具和擋板必須導(dǎo)電。
進(jìn)一步也可能，薄膜的軟化通過超聲輻射實(shí)現(xiàn)。為了這個(gè)目的，優(yōu)選地使用能發(fā)射出超聲波的碾壓工具或擋板。
為了使層與金屬還達(dá)到緊密結(jié)合，在將該層壓到金屬薄膜上之前，可以將金屬粉撒到待壓入的表面上。由于它們結(jié)構(gòu)尺寸小，金屬粉特別容易滲進(jìn)該層，于是得到金屬薄膜和該層之間的好的電接觸。
優(yōu)選地，在金屬薄膜的兩面覆蓋有兩個(gè)重合的層，并且這些層根據(jù)本發(fā)明的方法，與金屬薄膜結(jié)合在一起。
這樣，作為導(dǎo)出電極的金屬薄膜對(duì)于兩個(gè)層是有效的，結(jié)果層電極的層厚以最佳的方式利用。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，可以用一個(gè)繞圓柱軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形輥?zhàn)幼髂雺汗ぞ撸鲚佔(zhàn)釉趯咏M件上滾過，以此該層的表面段連續(xù)壓入金屬薄膜中。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式中，層組件采用帶子的形式，并且使用可垂直于層進(jìn)行操作的凸模作碾壓工具。它按以下步驟進(jìn)行a)將凸模和置于其間的帶子的縱向段壓向一個(gè)擋板b)移動(dòng)凸模以釋放帶子c)借助帶傳送裝置將帶子沿縱向移動(dòng)。
這樣可提供一種非連續(xù)的方法，這種方法尤其適合于以段的方式制作層電極。
為了盡可能地阻止金屬膜的氧化，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，層與金屬膜之間的結(jié)合是在比環(huán)境氣壓低的氧分壓下進(jìn)行。另一種減弱氧化可以根據(jù)本發(fā)明的方法在惰性氣體或者真空中執(zhí)行。
制造層電極的方法尤其可以使用厚度為30～150μm的金屬膜。這樣的金屬膜允許制造具有高電流承載能力的小連接帶。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，尤其使用厚度為100～500μm的層。這樣的層相對(duì)薄，使得每個(gè)體積，例如電容器內(nèi)的層電極數(shù)量增加，因此用于層接觸的面積提高了。同時(shí)有利地降低了要制造的元件的歐姆電阻。
通常含碳材料的層適合于電化學(xué)元件，其可以用碳紙、碳羊毛、碳布或碳?xì)肿鞒伞?br> 另外，大量纖維也適合制作這種層，所述纖維都至少以段的方式在擇優(yōu)方向上并排伸展，并且通過粘附彼此結(jié)合在一起。
這種層有以下優(yōu)點(diǎn)，即通過在唯一的擇優(yōu)方向并排排列的纖維，就可以放棄用纖維或者絲線的編織，例如在布料中。這樣，這種層可以低成本地生產(chǎn)。此外，由于纖維通過附著彼此結(jié)合在一起，纖維的重疊擺放和彼此交織以制造層部件的連結(jié)就不再必要了，因此可以實(shí)現(xiàn)以很小的層厚用于該層，即層厚為10～500μm。
特別地，纖維可以是活化的碳質(zhì)纖維，其以束(也是公知的英文“tow”)的形式存在。
纖維的彼此附著比如可以如下方式得到，一個(gè)纖維束用帶有倒鉤的穿針橫穿過纖維方向扎透。這個(gè)穿針重新拉出來后，幾個(gè)纖維段偏離擇優(yōu)方向伸展并且彼此鉤在一起。這樣在層內(nèi)部形成機(jī)械連結(jié)。不過偏離擇優(yōu)方向的纖維段所具有的纖維總數(shù)最大不超過20％，這使得纖維束與羊毛清楚地區(qū)別開來，在羊毛中各纖維絲毫不具有擇優(yōu)方向。
在層的另一種實(shí)施方式中，一些纖維可以彼此繩結(jié)起來，從而形成線。層的這種實(shí)施方式有如下優(yōu)點(diǎn)，即橫過擇優(yōu)方向的機(jī)械連結(jié)比未繩結(jié)的纖維優(yōu)越。
所說的層的制作方式有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即相互編織在一起的纖維使增高物質(zhì)密度成為可能，從而用這種層生產(chǎn)出的電化學(xué)雙層電容器可以具有增大的電容量。
在彼此繩結(jié)在一起構(gòu)成線的纖維中，還可以通過偏離擇優(yōu)方向伸展的，彼此鉤在一起的纖維段實(shí)現(xiàn)線的附著，并且因此實(shí)現(xiàn)形成線的纖維的附著。
要建立纖維的機(jī)械連結(jié)的進(jìn)一步可能性在于，所述纖維借助縫合線橫過纖維方向彼此縫合在一起。首先采用塑料做纖維，所述塑料通過熱解作用(也是公認(rèn)的碳化作用)以及隨后的表面活化來變?yōu)樘祭w維。借助縫合線縫合纖維可以在塑料-原材料的熱解作用和活化之前，或者在活化作用之后。用于縫合線的材料是所有適合使電化學(xué)元件的電性能不變壞的材料。在電化學(xué)元件是電化學(xué)雙層電容器的情形，可考慮比如用聚丙烯、聚乙烯、或聚四氟乙烯做縫合線。
為了使層的層厚沒有多余的增加，優(yōu)選地采用厚度在10μm-50μm之間的縫合線。所述縫合線可以由單個(gè)纖維或者線構(gòu)成。
在層的另一種制作方式中，層內(nèi)部的纖維連結(jié)還可以以此得到促進(jìn)，即纖維之間的附著促成物質(zhì)局部地涂在層的表面上。同樣纖維之間的附著促成物質(zhì)局部地涂在層里。
適合于此的所有材料不會(huì)使電化學(xué)元件的電性能變差。在電化學(xué)雙層電容器中尤其適用這種材料，即所述這種材料相對(duì)于電化學(xué)雙層電容器中所采用的電解質(zhì)呈惰性。因此為了層的穩(wěn)定性，比如可考慮將碳材料借助氣相分離噴進(jìn)層里或者噴到層的表面上。但是其他材料，尤其是金屬，例如鋁或銅也可以借助氣相分離噴涂在層的上面或者里面。
此外，層中的纖維連結(jié)可以通過聚合添加物產(chǎn)生或形成?？赡艿木酆咸砑游锸潜热缇垡蚁⒕郾?、聚二氟乙烯以及聚四氟乙烯。以層的碳含量的2～20％的重量份來添加聚合添加物。
特別優(yōu)選地，可以采用包括C6環(huán)的塑料作為纖維的原材料。這種塑料可以通過在抽出空氣或者在少量氧氣成分中加熱而熱解，這樣它幾乎完全變?yōu)樘疾牧?，這個(gè)過程公知地也叫碳化。纖維碳化之后，纖維表面通過侵蝕過程被活化。侵蝕可以通過氣體處理，例如借助CO2或者H2O進(jìn)行，以及通過化學(xué)或電化學(xué)進(jìn)行。通過活化纖維，纖維表面急劇擴(kuò)大，這樣比如可以從100m2/g的表面比得到3000m2/g的表面比。
例如，用于纖維的原材料可以采用酚醛纖維、纖維素、瀝青、聚乙烯醇以及它們的衍生物或者聚丙烯腈。
進(jìn)一步優(yōu)選地，采用厚度在5-50μm的纖維，因?yàn)橛眠@樣的纖維生產(chǎn)厚度為5-500μm的薄層變得容易。在使用很薄的纖維時(shí)，如果可能，可以使多個(gè)纖維疊放在一起以形成層。由于采用大量纖維疊放，得到的層具有增高機(jī)械穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。與此相對(duì)，然而還可能，層只由僅有的一層纖維層構(gòu)成。這樣，可以在適當(dāng)?shù)睦w維強(qiáng)度下，生產(chǎn)盡可能薄的層。
此外，本發(fā)明提供一種用于電化學(xué)元件的層電極，在這種層電極中，在金屬膜上放置的層的表面段壓入金屬膜中。這樣的層電極具有已經(jīng)在本發(fā)明的方法中所說明的優(yōu)點(diǎn)。此外，它尤其有如下優(yōu)點(diǎn)，即它可以制作得比傳統(tǒng)的層電極更薄，并且通過放棄借助弧光法沉積鋁，鋁的氧化減弱了，這樣層電極的歐姆電阻可以有利地減小。
此外，在金屬膜上放置的層可以以全部的面積壓入金屬膜中。但是它也可以僅以層的表面段壓入金屬膜中，所述表面段通過與金屬膜脫開放置的表面段彼此隔開。
下面根據(jù)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地解釋。


圖1以圖解截面圖的形式示例地展示實(shí)施按照本發(fā)明方法的裝置。
圖2以圖解截面圖的形式示例地展示根據(jù)本發(fā)明的層電極。
圖3以俯視圖的形式示例地展示根據(jù)本發(fā)明的層電極。
圖4以圖解截面圖的形式示出位于擋板上方的碾壓工具。
圖5以俯視圖的形式示出一種用根據(jù)圖4的碾壓工具制作的層電極。
圖6示例地展示另一種碾壓工具和附屬的擋板。
圖7以俯視圖的形式示例地展示了一種根據(jù)圖6的碾壓工具生產(chǎn)的層電極。
圖8以圖解橫截面的形式示例地展示了另一種實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明方法的裝置，所述裝置有一個(gè)碾壓工具5，所述碾壓工具5作成一個(gè)圓柱形的軋輥形式。與碾壓工具5對(duì)面放置的是擋板6，所述擋板6也是圓柱形的軋輥的形式。碾壓工具5和擋板6繞著各自的圓柱軸以相反方向旋轉(zhuǎn)。
帶子在碾壓工具5和擋板6之間伸展，所述帶子由三個(gè)形成層組件4的彼此重疊構(gòu)成的子帶形成。此外，在金屬膜3的兩側(cè)面布置有一個(gè)層2以及另一層14，該金屬膜3在圖1所示的例子中比如是一個(gè)厚度為100μm的鋁膜。層2、14還有金屬膜3都是帶子的形式，該帶子由輥?zhàn)?5展開。
以層組件4形式存在的帶子通過彼此施壓的同步運(yùn)行的圓柱輥在縱向(見箭頭)傳送。此外，相當(dāng)高的壓力在輥?zhàn)又g最狹小的地方作用在層2，14上，這樣層2、14被碾壓到金屬膜上。
但是此外金屬膜3變軟是必需的。在圖1所示的裝置中，這如此實(shí)現(xiàn)，即加熱碾壓工具5和擋板6到溫度660～750℃之間。碾壓工具5或擋板6所包含的熱能夠在碾壓工具5和擋板6之間的狹小地方?jīng)]有較大損失地傳導(dǎo)到金屬膜3中。這里的金屬膜3是熔點(diǎn)大約為660℃的鋁膜。兩個(gè)輥?zhàn)涌梢陨陨猿^穿過該熔化溫度，所述兩個(gè)輥?zhàn)幽雺轰X膜，因?yàn)樵阡X膜上總是存在的氧化鋁基本上包封了鋁膜的外形。可能地，鋁膜也可以在輥?zhàn)?5展開時(shí)就已經(jīng)預(yù)先加熱到大約600℃的溫度，這樣，受壓區(qū)域的薄膜可以很快加熱到熔點(diǎn)。這兩個(gè)輥?zhàn)颖舜艘詸C(jī)械壓力施壓，所述壓力足夠使層2、14以層厚D而部分地壓入軟化的鋁膜中。此外，金屬膜3還可以這樣地被強(qiáng)烈加熱，即使所述金屬膜3有些地方被液化。
在層組件4的下一步進(jìn)程中，層電極在穿過兩個(gè)相對(duì)擠壓的輥?zhàn)又笮纬?，所述層電極為兩側(cè)貼有層2、14的金屬膜3(同樣見圖2)。
此外，層2、14可以由一種碳材料制成，所述碳材料以相互編織成碳布的纖維16的形式呈現(xiàn)。其他碳材料可以是碳紙或碳羊毛，在碳紙和碳羊毛中，毫米數(shù)量級(jí)的纖維方向基本上垂直于材料平面地彼此平行地布置，但材料平面內(nèi)部不呈現(xiàn)擇優(yōu)方向。但是，層2、14也可以是由彼此在擇優(yōu)方向上伸展的纖維形成的束，其中所述擇優(yōu)方向與帶子的縱方向一致。
圖1所示的層2或14是由很多相互編織的纖維16形成的碳布。
為了加強(qiáng)層2、14與金屬之間的滲透，例如，可以在層2、14壓入金屬膜3之前，將鋁粉撒在上層2的上側(cè)。金屬粉11可以用拋撒裝置12散播，拋撒裝置12可以以比如一種撒胡椒粉的方式執(zhí)行。
同樣，金屬粉11也可以靠金屬膜3或者甚至于碾壓工具5傳送到受壓區(qū)域。金屬粉顆粒平均大小為5μm～2mm。
用作碾壓工具5或擋板6的兩個(gè)輥?zhàn)臃謩e具有雖然彎曲但平滑的表面7、8。這樣能夠達(dá)到，在輥?zhàn)拥南鄳?yīng)寬度上，層2或?qū)?4總是以其全部表面壓在金屬膜3上。這樣層3與層2或14之間達(dá)到理想的電接觸。
帶有貼層2、14的金屬膜3可以在垂直于帶子縱向的方向上切成各個(gè)段，所述段隨后彼此堆疊以形成電容器的電容器卷包。層2、14的寬度可以約為15cm，而金屬膜3的寬度為22cm。這樣對(duì)于金屬膜3來說形成一個(gè)超出位置，所述超出位置可以以小連接帶的形式形成電容器的外接口。
除了加熱碾壓工具5或擋板6外，還可以通過電流使金屬膜3軟化或熔化。這個(gè)電流可以在碾壓工具5和擋板6之間，或者在金屬膜3和碾壓工具5之間，或者在金屬膜3和擋板6之間流動(dòng)。此外，電流是否在兩個(gè)輥?zhàn)幼髠?cè)的沒有貼層的金屬膜3上流動(dòng)，或者電流是否流經(jīng)兩個(gè)輥?zhàn)佑覀?cè)的帶有貼層的金屬膜3，這都不重要。在所有情形下，電路中的最高電阻不是在碾壓工具5或擋板6之間的接觸部位，就是在鋁膜3和碾壓工具5或擋板6之間的接觸部位，這使得基本上在那里產(chǎn)生由電流引起的熱量。通過控制電流或者所施加的電壓，在碾壓工具5和擋板6之間的熱區(qū)域所引起的熱量可準(zhǔn)確地被控制。
要軟化或熔化的金屬膜3的進(jìn)一步可能性在于，可以采用超聲輥?zhàn)髂雺汗ぞ?或擋板6。很普遍地，按照另一種方法，也可以使超聲功率射入碾壓工具5和擋板6之間的受壓區(qū)域，這樣金屬膜3變軟或熔化。
所說的金屬膜3變軟的方法可以在碾壓工具5和擋板6的所有可能的實(shí)施方式中采用。
圖2展示帶有貼層2或14的金屬膜3，它是由根據(jù)圖1所實(shí)施的方法而得到的。人們知道，層2、14的纖維16壓在金屬膜3中的厚度不超過其總厚度d。所述纖維埋在金屬膜3中只是它厚度d的一部分。以此保證，層2、14剩下足夠的表面，所述表面比如在電化學(xué)雙層電容器中必須與電解質(zhì)相互作用以形成其電容。這樣的相互作用在層2、14或其纖維16以總厚度壓進(jìn)金屬膜3中時(shí)是不可能的。
人們還認(rèn)識(shí)到，在金屬膜3的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)與層2或14或纖維16大面積直接接觸。
圖3以俯視圖的形式示出了帶有貼層2的金屬膜3，其以圖1說明的方法制得。金屬膜3比層2稍寬，以此形成一個(gè)超出位置，所述超出位置可以使用為金屬膜3與電元件的外接口相接觸的小連接帶。此外，從圖3看出，層2以其整個(gè)表面壓到金屬膜3上，這意味表面段1相當(dāng)于層2的整個(gè)表面。
圖4以截面圖的形式示出了碾壓工具5和擋板6，其可以在根據(jù)圖1的裝置中采用。與圖1所說的區(qū)別在于碾壓工具5的表面7以及擋板6的表面8不是平的，而是帶有凸起9或凹坑18。這些凸起9是沿圓柱輥的周長(zhǎng)方向環(huán)繞的環(huán)形突出部。與此同時(shí)，凸起9和碾壓工具5以及擋板6的布局這樣選擇，即碾壓工具5的凸起9頂著擋板6的凸起9。那就是說，碾壓工具5的凸起9疊合地放置在擋板6的凸起9上。這同樣適用于凹坑18。通過采用根據(jù)圖4的碾壓工具5和擋板6，能實(shí)現(xiàn)層2、14的表面段1通過在金屬膜3上脫開放置的層2、14的表面段10彼此分開，其中所述表面段1壓在金屬膜3上。
這描述在圖5中。圖5以俯視圖的形式示出了根據(jù)圖1的裝置并采用圖4中的碾壓工具5和擋板6生產(chǎn)的貼層金屬膜3。圖5的說明與圖3的說明在尺寸上相符。與圖3的區(qū)別即是表面段1沿縱向軌道伸展，并且被其它的在金屬膜3上脫開放置的層2的表面段10彼此分開，其中在所述表面段1處層2壓到金屬膜3上。通過這樣的一種布局可以達(dá)到，層2的對(duì)電化學(xué)元件的性能有效的表面又?jǐn)U大了，因?yàn)閷?的一部分根本不埋在金屬膜3中。
圖6是碾壓工具5或擋板6的另一種實(shí)施方式，它們可以在根據(jù)圖8的按照本發(fā)明的方法的實(shí)施裝置中采用。其中分別描述了面向?qū)?或14的碾壓工具5或擋板6的表面7、8。碾壓工具5的典型特征是一個(gè)具有小方塊形式的凸起9的平面7。碾壓工具5的配對(duì)物、即擋板6具有一個(gè)與其相對(duì)的平滑平面8。當(dāng)按照?qǐng)D8將層組件位于碾壓工具5和擋板6之間，并且向擋板6擠壓碾壓工具5時(shí)，得到一個(gè)按照?qǐng)D7所示的貼層金屬膜3，其中貼層金屬膜3以俯視圖的形式被示出。
碾壓工具5的凸起9是這樣設(shè)計(jì)的，即所有的纖維16與金屬膜3接觸。這對(duì)于一維結(jié)構(gòu)的纖維束來說尤其重要，即不允許非接觸的纖維16沿電極縱向分布。
圖7是貼層金屬膜3，其尺寸與圖5或圖3相符。在根據(jù)圖8的方法的實(shí)施過程中，層2以縱向段13與金屬膜3結(jié)合在一起。然而，只有在碾壓工具5的凸起9的位置才出現(xiàn)層2被壓到金屬膜3中。表面段1是將層2壓到金屬膜3上的位置。所有剩下的表面形成層2的脫開放置在金屬膜3上的段10。在圖7中所描述的金屬膜3有與圖5中所描述的金屬膜3同樣的優(yōu)點(diǎn)，然而層2的被壓入段的份額進(jìn)一步減小，這樣元件的功能，比如電容器所使用的活性材料部分進(jìn)一步增多。例如通過根據(jù)圖7的貼層金屬膜3，電化學(xué)雙層電容器跟帶有圖5的貼層金屬膜3的電容器相比可以帶有增大的電容量。
圖8是用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的另一個(gè)裝置，它與圖1中說明的相似。與圖1的區(qū)別在于采用可垂直于帶子方向操作的并且位置固定的凸模作碾壓工具5，以及采用固定的塊作為擋板6。由于在這種裝置中，碾壓工具5和擋板6不再縱向傳送由若干帶子組成的層組件4，故必然要安裝一個(gè)附加的帶傳送裝置17。
如此實(shí)施根據(jù)圖8制造層電極的方法，即帶傳送裝置17傳送層2、金屬膜3和層14的疊放帶子以運(yùn)動(dòng)一個(gè)縱向段13。隨后，碾壓工具5壓到擋板6上，這樣，根據(jù)碾壓工具5的表面7的規(guī)格，層2、14的大體上大的表面段1壓到金屬膜3上。隨后，碾壓工具5向上移動(dòng)，因此，為了下一個(gè)傳送段，層組件4借助帶傳輸裝置17釋放一個(gè)縱向段13。由此提供了一種不連續(xù)的方法，在這種方法中，層2、14的連續(xù)的縱向段13壓到金屬膜3上。帶傳送裝置17例如可以借助壓緊層組件4的輥?zhàn)訉?shí)現(xiàn)，如圖1所示。與圖1的區(qū)別在于輥?zhàn)硬皇潜仨殞?dǎo)電的，當(dāng)借助電流來給金屬膜3加熱時(shí)，輥?zhàn)邮潜仨殞?dǎo)電的。
在按照?qǐng)D3、5和7的貼層金屬膜3中，剩下沒有貼層的金屬膜3的邊，所述邊沒有貼層，并且在后續(xù)的生產(chǎn)進(jìn)程中用于金屬膜3與電容器外接口的接觸。
除了圖1所說的鋁膜，也可以使用其他金屬膜，比如使用銅膜。
除了圖1所說的由并排放置的纖維組成的層以外，也可以用碳紙、碳羊毛或碳?xì)肿鳛樘疾肌２煌谠谑幸該駜?yōu)方向伸展的并排放置的纖維，碳紙和碳羊毛是二維形體，而在碳?xì)种?，碳纖維在三維上、即三個(gè)空間方向上伸展。
所描述的發(fā)明不限于電化學(xué)雙層電容器，而是同樣可以用于其他電化學(xué)元件，如電池或非對(duì)稱電容器，在電池或非對(duì)稱電容器中，通過一層或雙層電極的偽電容實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存電荷。因此，所使用的層2或14不需要包含有活性碳纖維材料。碳材料的活化只是對(duì)于在電化學(xué)雙層電容器中采用的層電極有好處。
本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施例，而是由權(quán)利要求1定義的最普遍的形式。
權(quán)利要求
1.用于電化學(xué)元件的層電極的制造方法，所述層電極包括一個(gè)放置在金屬膜(3)上的層(2，14)，其中，為了得到所述金屬膜(3)與所述層(2，14)之間的結(jié)合，所述層(2，14)的表面段(1)以所述層(2，14)的厚度(D)的一部分壓入所述金屬膜(3)中，其中，所述金屬膜(3)在碾壓過程中軟化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，采用包含基本的碳材料的層(2，14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，采用鋁膜作為金屬膜(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一個(gè)的方法，其中，帶有置于金屬膜(3)上方的層(2，14)的層組件(4)被置于碾壓工具(5)和擋板(6)之間，其中碾壓工具(5)壓向所述擋板(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，碾壓工具(5)的平滑表面(7)壓向擋板(6)的平滑表面(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，碾壓工具(5)的具有凹坑(18)的表面(7)壓向擋板(6)，擋板(6)的表面(8)這樣布置，即在所述凹坑(18)的位置，層(2，14)沒有壓入金屬膜(3)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一個(gè)的方法，其中，金屬膜(3)在碾壓工具(5)的附近被軟化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一個(gè)的方法，其中，金屬膜(3)借助已加熱的碾壓工具(5)或者已加熱的擋板(6)通過加熱而軟化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一個(gè)的方法，其中，金屬膜(3)通過流經(jīng)金屬膜(3)中的電流而軟化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一個(gè)的方法，其中，金屬膜(3)通過超聲波射入而軟化。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一個(gè)的方法，其中，在制得所述層(2)和金屬膜(3)之間的結(jié)合之前，將金屬粉(11)撒到要碾壓的表面段(1)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一個(gè)的方法，其中，層(2，14)分別在金屬膜(3)的上表面和下表面與金屬膜(3)結(jié)合，其中這些層(2，14)彼此迭合。
13.根據(jù)權(quán)利要求4-12中任一個(gè)的方法，其中，采用繞圓柱軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形輥?zhàn)幼髂雺汗ぞ?5)，所述輥?zhàn)?5)在層組件(4)上滾動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一個(gè)的方法，其中，層組件(4)采用帶子的形式，其中可垂直于層操作的凸模被作為碾壓工具(5)，按以下步驟a)將凸模以及位于凸模間放置的帶子的縱向段(13)壓向擋板(6)b)將凸模垂直于帶子移動(dòng)以釋放帶子c)借助帶傳送裝置(17)縱向移動(dòng)帶子。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一個(gè)的方法，其中，制得所述層(2，14)和金屬膜(3)之間的結(jié)合是在低于環(huán)境氣壓的氧分壓下進(jìn)行的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一個(gè)的方法，其中，制得所述層(2)和金屬膜(3)之間的結(jié)合是在惰性氣體中進(jìn)行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一個(gè)的方法，其中，采用厚度為30-150μm的金屬膜(3)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一個(gè)的方法，其中，采用厚度為100-500μm的層(2，14)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一個(gè)的方法，其中，采用碳紙、碳羊毛或者碳毛氈作層(2，14)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一個(gè)的方法，其中，所采用的層(2，14)由大量至少以段的方式在擇優(yōu)方向上并排伸展的纖維(16)組合而成，其中所述纖維(16)通過粘附結(jié)合在一起。
21.用于電化學(xué)元件的層電極，其中，置于金屬膜(3)上的層(2，14)的表面段(1)被壓入金屬膜(3)中。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的層電極，其中，層(2，14)以其整個(gè)表面被壓入金屬膜(3)中。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的層電極，其中，壓入金屬膜(3)中的層(2，14)的表面段(1)通過與金屬膜(3)脫開放置的表面段(10)彼此隔開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)元件的層電極的制造方法，所述層電極包括放置在金屬膜(3)上的層(2，14)，其中為了得到所述金屬膜(3)與所述層(2，14)的結(jié)合，所述層(2)的表面段(1)以所述層(2)的厚度(D)的一部分壓入所述的軟化的金屬膜(3)中，其中所述金屬膜(3)在碾壓過程中軟化。此外，本發(fā)明涉及這種層電極。通過將所述層(2，14)的表面段(1)壓入所述金屬膜(3)中，層電極的歐姆電阻能夠有利地減小。
文檔編號(hào)H01G9/00GK1606787SQ02807090
公開日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2002年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月23日
發(fā)明者H·米歇爾, C·韋伯, K·肖赫 申請(qǐng)人:埃普科斯股份有限公司