專利名稱：扁平型超電容的結(jié)構(gòu)及封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種扁平型超電容的結(jié)構(gòu)及封裝方法，特別是指一種扁平型的超電容的結(jié)構(gòu)及封裝方法，是采用串聯(lián)式堆疊法(Bipolar Structure)將超電容以上、下錯(cuò)位的方式堆疊后，再予以封裝，使其呈扁平化，可減少超電容成品的體積，本方法可以將超電容的厚度降低，其厚度約可降為原來(lái)的1/X(X為堆疊單元數(shù)目)，該制成品可應(yīng)用于厚度較小的空間，如PDA、手機(jī)等。
背景技術(shù)：
電池(battery)是將一定形式能量不經(jīng)過(guò)中間機(jī)械轉(zhuǎn)換過(guò)程而直接轉(zhuǎn)換為電能的電源裝置。電容(capacitor)是儲(chǔ)存電荷的電子組件。一般而言，電池的儲(chǔ)存能量高但輸出功率低，而電容的儲(chǔ)存能量低但輸出功率高。因此，電池被視為一種電能的“能量?jī)?chǔ)存器”，而電容則是“功率儲(chǔ)存器”，各在不同的用途上為人們所運(yùn)用。
傳統(tǒng)電容器是以絕緣材質(zhì)(insulating material)或介電質(zhì)(dielectric)夾于兩導(dǎo)體之間而達(dá)到分離的效果，電容現(xiàn)象是將導(dǎo)體表面的電荷分離而產(chǎn)生的。
隨著3C(電腦、通訊與消費(fèi)性電子產(chǎn)品)時(shí)代的來(lái)臨，多功能、高效率、短小輕薄的電子產(chǎn)品在生活中隨時(shí)可見，例如筆記本電腦、移動(dòng)電話、隨身聽。為達(dá)到電子產(chǎn)品可攜帶且長(zhǎng)期使用的要求，充足的可攜式能源供應(yīng)即成為關(guān)鍵性問(wèn)題，但傳統(tǒng)的電池及電容的組合顯然已無(wú)法滿足要求。一種新能量?jī)?chǔ)存裝置一超電容(ultra capacitor)因此孕育而生。超電容技術(shù)彌補(bǔ)了電池與電容之間的不足，為擁有高功率、高能量與迷你尺寸特性的能源儲(chǔ)存器，在人類致力于為能源危機(jī)及環(huán)保尋求解決之道，又期望能享有輕便有效率的生活方式的同時(shí)，超電容技術(shù)為促使人類生活方式與品質(zhì)進(jìn)入新境界的一項(xiàng)技術(shù)。超電容最初被美國(guó)太空總署應(yīng)用于太空衛(wèi)星的產(chǎn)品，在引用到無(wú)線通訊手機(jī)、電動(dòng)汽機(jī)車、馬達(dá)發(fā)電機(jī)、手提式電動(dòng)工具、UPS、醫(yī)療器材及所有須運(yùn)用電池或電容器的產(chǎn)品后，都有相當(dāng)大的利基。
超電容能量?jī)?chǔ)存裝置所采用的“電化雙層”(electrochemical double layer，簡(jiǎn)稱EDLC)沒有分離的材質(zhì)來(lái)建立介電質(zhì)層，其充電與能量?jī)?chǔ)存是發(fā)生在電化雙層的接口(interface)。超電容可達(dá)到遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電容技術(shù)的能量密度(energy density)，以及超高的功率密度(power density)。相比于傳統(tǒng)的電池，其可釋出百倍于電池的功率，儲(chǔ)存二十倍以上的電能。
目前，超電容能量?jī)?chǔ)存裝置已由實(shí)驗(yàn)階段成功進(jìn)入小量商品應(yīng)用，其產(chǎn)品應(yīng)用也由國(guó)防衛(wèi)星及軍事特殊用途，而逐漸邁向汽車、機(jī)電工業(yè)與通訊電子產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品。
公知的超電容能量?jī)?chǔ)存裝置的結(jié)構(gòu)及其制法，如圖1A所示，是在兩電極板11之間夾置兩密合墊(gasket)12，其間并夾置一條塊13，而形成一堆疊結(jié)構(gòu)1。密合墊12是選取高分子膠體制作成膜，再割取所需形狀而成。其中電極板11內(nèi)側(cè)面的高表面積涂層16上可形成有適當(dāng)?shù)奈⑼黄?7以幫助支撐與絕緣該兩電極板11。
然后，加熱使兩密合墊12軟熔(reflow)而使兩電極板11及兩密合墊12相黏結(jié)，并在堆疊結(jié)構(gòu)1內(nèi)部形成密封的空隙15。
敬請(qǐng)參閱圖1B，待冷卻至室溫后抽出條塊13即在堆疊結(jié)構(gòu)1側(cè)面形成填充埠14，再將電解液由該填充埠14填入該堆疊結(jié)構(gòu)1內(nèi)部的空隙15，之后再將填充埠14密封即完成蓄電單元的封裝。
然而，上述蓄電單元的封裝方法必須先以高分子膠體制作成膜并割取所需形狀而形成密合墊12，才能完成蓄電單元的堆疊結(jié)構(gòu)1以及填充埠14，然后再填充電解液以及密封填充埠14，該制作過(guò)程過(guò)于繁復(fù)，并不適合大量生產(chǎn)。
另一超電容能量?jī)?chǔ)存裝置，敬請(qǐng)參閱圖2A、圖2B及圖3，該超電容能量?jī)?chǔ)存裝置2的頂面與底面各形成有一導(dǎo)電片27作為對(duì)外電氣連接之用，其中圖2A為圖3的剖視圖，傳統(tǒng)上，在制造該超電容能量?jī)?chǔ)存裝置2時(shí)，是依照規(guī)格所要求的電壓值，直接將一特定層數(shù)的電極板21、22相堆疊，如圖2A所示，每一該電極板21、22之間則夾置有塞縫墊圈(gasket)23、24；其中最外層的該電極板11的一內(nèi)側(cè)面形成有高表面積涂層25，在形成該電極板21、22與該塞縫墊圈23的堆疊結(jié)構(gòu)后，加熱使該塞縫墊圈23軟熔(reflow)而使該電極板21、22及該塞縫墊圈23穩(wěn)固黏結(jié)在一起；最后在該電極板21、22之間的間隙26填注電解液并加以密封，則完成該超電容能量?jī)?chǔ)存裝置2的制作。
然而上述的制作過(guò)程并不適合模塊化的生產(chǎn)方式，對(duì)于客戶不同規(guī)格的電壓以及電極板層數(shù)的產(chǎn)品要求，必須設(shè)計(jì)不同的生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)，因而也增加了生產(chǎn)成本。因此仍需要針對(duì)上述制作過(guò)程的缺點(diǎn)加以改進(jìn)。
為改善上述超電容的制造方法，本發(fā)明人曾于2001年1月20日在中國(guó)臺(tái)灣提出一發(fā)明專利的在先申請(qǐng)，并已獲準(zhǔn)公告，即專利公告號(hào)為472271的“模塊化超電容能量?jī)?chǔ)存裝置之制程”，該案的發(fā)明內(nèi)容，是針對(duì)常用超電容的制造方法的缺陷，提出更為進(jìn)步的制造方法，以制造該模塊化超電容能量?jī)?chǔ)存裝置3，如圖4所示，其為有關(guān)一種模塊化超電容能量?jī)?chǔ)存裝置3的制作過(guò)程，至少包括下列步驟提供多個(gè)超電容能量?jī)?chǔ)存裝置3，如圖5所示，在兩個(gè)電極板31、32之間容置膠墻35，該膠墻35與一隔離片33圍成適當(dāng)間隙，每一該超電容能量?jī)?chǔ)存裝置3是將電解液34填注并密封于兩個(gè)電極板31、32之間的這一適當(dāng)間隙而形成；以及將該多個(gè)超電容能量?jī)?chǔ)存裝置3堆疊成一堆疊結(jié)構(gòu)，如圖5所示，每一該超電容能量?jī)?chǔ)存裝置3之間以導(dǎo)電膠38黏結(jié)。
該堆疊的層數(shù)是可依照客戶所要求的規(guī)格來(lái)決定，例如，若要制作一100V的能量?jī)?chǔ)存裝置，則需將一百個(gè)1V的能量?jī)?chǔ)存裝置相堆疊，中間以導(dǎo)電膠38黏結(jié)后串接，而達(dá)到該能量?jī)?chǔ)存裝置3間的物理與電連接，請(qǐng)參閱圖5；另外，在該堆疊結(jié)構(gòu)的最頂層的一頂面以及最底層的一底面上，分別形成一接觸電極36、37，作為對(duì)外電性接觸之用；另外，其也可將該堆疊好的多個(gè)超電容能量?jī)?chǔ)存裝置3置放于一預(yù)先準(zhǔn)備好的一容器4內(nèi)，如圖6所示，該容器4的兩端分別具有接觸電極41。
上述的超電容能量?jī)?chǔ)存裝置于當(dāng)時(shí)的制造技術(shù)而言，已為相當(dāng)進(jìn)步且實(shí)用，但，隨著科技產(chǎn)品的日新月異，許多更精密，更講求微型化的產(chǎn)品，其零組件的要求，也相對(duì)需要微型(薄型)化，而上述的能量?jī)?chǔ)存裝置，雖已采用模塊化的設(shè)計(jì)以達(dá)到客戶所要求的不同規(guī)格的制造，但其堆疊之后的體積過(guò)大(高度過(guò)高)，在現(xiàn)在的許多產(chǎn)品中，已漸漸的不合實(shí)用，故如何將其薄型化，且同樣能達(dá)到模塊化的需求，則成為另一研發(fā)的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種可薄型化及模塊化，且可依據(jù)應(yīng)用需求而制造的扁平型超電容的結(jié)構(gòu)及封裝方法。
根據(jù)本發(fā)明的制作過(guò)程，揭露一種串聯(lián)式堆疊法，該制作過(guò)程為(1)裁切標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的電極板；(2)在電極板上周邊點(diǎn)膠以形成膠墻；(3)上、下兩列相對(duì)并以錯(cuò)位方式堆疊；(4)置入模具中真空處理后并灌注電解液；(5)加壓；(6)軟熔熱封使上、下電極板間的膠墻密合后即可完成。
根據(jù)上述的制作過(guò)程，可制成一薄型的扁平型超電容，其結(jié)構(gòu)為以上、下錯(cuò)位的方式堆疊電極板(Plate)而成一扁平型超電容，上、下兩組電機(jī)板間，以膠墻將電解液封裝于其中。
上述扁平型超電容的封裝方法，在上、下電極板的外面上可形成接觸電極。
上述扁平型超電容的封裝方法，軟熔膠墻步驟可以以一熱源加熱、或以超音波加熱、或以紅外線加熱膠墻。
上述扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，可通過(guò)增加長(zhǎng)電極板的排列，來(lái)增加其電壓。
上述扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，可將該結(jié)構(gòu)再行封裝于容器內(nèi)，并在容器外設(shè)置接觸電極。
上述扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，該接觸電極可以為鎢氮化物；該結(jié)構(gòu)內(nèi)所包覆的電解液可以為多金屬氧化物聚合體；該膠墻可以為熱可塑性樹脂材料組成。
上述扁平型超電容的結(jié)構(gòu)鐘，長(zhǎng)電極板的長(zhǎng)度為短電板的兩倍。
本發(fā)明的有益效果在于該扁平型超電容結(jié)構(gòu)及封裝方法可達(dá)到超電容的薄型化及模塊化，且可實(shí)現(xiàn)依據(jù)應(yīng)用需求而制造的目的。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1A為公知電容結(jié)構(gòu)的組成示意圖；圖1B為公知電容結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程示意圖；圖2A為公知超電容的結(jié)構(gòu)組成示意圖；
圖2B為圖2A的電連接示意圖；圖3為圖2A的立體外觀圖；圖4為在先申請(qǐng)已揭露的超電容結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為在先申請(qǐng)已揭露的超電容堆疊狀態(tài)示意圖；圖6為在先申請(qǐng)已揭露的超電容應(yīng)用狀態(tài)示意圖；圖7為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體外觀圖；圖8為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)電連接方法示意圖；圖9為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成外觀立體圖；圖10為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)排列方法剖視圖；圖11為本發(fā)明的制作過(guò)程(填充電解液)方法示意圖；圖12為本發(fā)明的另一制作過(guò)程(加壓)方法示意圖；圖13為本發(fā)明制作過(guò)程方法完成后的成品結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1 堆疊結(jié)構(gòu)11 電極板12 密合墊13 條塊14 填充埠15 空隙16 高表面積涂層17 微突起2 超電容能量?jī)?chǔ)存裝置21 電極板 22 電極板23 塞縫墊圈24 塞縫墊圈25 高表面涂積層 26 間隙27 導(dǎo)電片3 模塊化超電容能量?jī)?chǔ)存裝置31 電極板 32 電極板33 隔離片34 電解液 35 膠墻 36 接觸電極37 接觸電極38 導(dǎo)電膠4 容器41 接觸電極5 扁平型超電容51 長(zhǎng)電極板 52 短電極板53 膠墻531 膠墻 532 膠墻54 模具55 模具 56 電解液57 電解液容置槽571 真空吸力裝置
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明有關(guān)一種扁平型超電容的結(jié)構(gòu)及封裝方法，請(qǐng)參閱圖7及圖8，圖中所示為本發(fā)明扁平型超電容5的結(jié)構(gòu)，其是由規(guī)格化的兩長(zhǎng)電極板51，及兩短電極板52及膠墻53經(jīng)制作加工后所構(gòu)成，請(qǐng)參照?qǐng)D7，其排列組合方式如圖中所示，其在上的一列是由兩長(zhǎng)電極板51及一短電極板52間隔適當(dāng)距離橫向排列，其在下的一列是由一短電極板52及兩長(zhǎng)電極板51間隔適當(dāng)距離橫向排列，且上、下兩列間也隔有一適當(dāng)?shù)木嚯x，兩列中間是由環(huán)狀的膠墻53黏著而相連接，圖8所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)電連接示意圖。
敬請(qǐng)參閱圖9，如圖中所示，其在上的一列是由兩長(zhǎng)電極板51及一短電極板52間隔適當(dāng)距離橫向排列，其在下的一列是由一短電極板52及兩長(zhǎng)電極板51間隔適當(dāng)距離橫向排列，且上、下兩列間也隔有一適當(dāng)?shù)木嚯x，且各電極板的相對(duì)面四周點(diǎn)注有環(huán)狀的膠墻531、532，并由該各膠墻531、532圍成容置空間；請(qǐng)參閱圖10，圖中所示即為上、下兩列極板的排列情形，上、下兩列是以錯(cuò)置的方式排列；請(qǐng)參閱圖11，將排列完成的上、下兩列極板置于模具54、55中，并放入電解液容置槽57內(nèi)，置入后，先行以真空吸力裝置571將槽內(nèi)的空氣抽出，再導(dǎo)入電解液56，使電解液充滿于由其中；敬請(qǐng)參閱圖12，經(jīng)加壓后，模具54、55將上、下兩列電極板對(duì)合，使上、下兩列電極板相對(duì)應(yīng)面上的膠墻531、532對(duì)合，經(jīng)軟熔熱封后，使上、下電極板間的膠墻531、532密合后即可完成，其制作過(guò)程完成后的電連接關(guān)系如圖13中所示，是串聯(lián)的方式。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)完成后，呈扁平的狀態(tài)，區(qū)別現(xiàn)有技術(shù)揭露的以堆疊方法制成的超電容，其形體上趨于薄型化，且也同樣可達(dá)到高功率及高電能的要求，另外，隨著其長(zhǎng)電極板51的增加，可增加其電容量，其厚度和公知的堆疊式相比較，僅為其1/X(X為堆疊的單元數(shù))，可應(yīng)用于厚度空間較少的產(chǎn)品，更適合于目前許多信息或電子產(chǎn)品如PDA、行動(dòng)電話的使用。
又，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是利用一特殊封裝方法達(dá)到的，其程序如下(1)裁切標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的電極板；(2)在電極板上周邊點(diǎn)膠以形成膠墻；(3)上、下兩列相對(duì)并以錯(cuò)位方式堆疊；(4)置入模具中真空處理后并灌注電解液；
(5)加壓；(6)軟熔熱封使上、下電極板間的膠墻密合后即可完成。
通過(guò)上述封裝方法，即可制成本發(fā)明的扁平型超電容結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明所揭露的扁平型超電容之結(jié)構(gòu)及封裝方法，其確可達(dá)到使超電容薄型化及模塊化，且可依據(jù)應(yīng)用需求而制造之目的。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；即凡依本發(fā)明公開的內(nèi)容所作的等效變化與更改，都應(yīng)屬于本發(fā)明的專利范圍。
權(quán)利要求
1.一種扁平型超電容的封裝方法，其特征在于，所述封裝方法至少包含下列的步驟(1)裁切標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的電極板；(2)在電極板上周邊點(diǎn)膠以形成膠墻；(3)上、下兩列相對(duì)并以錯(cuò)位方式堆疊；(4)置入模具中真空處理后并灌注電解液；(5)加壓；以及(6)軟熔熱封使上、下電極板間的膠墻密合后即可完成。
2.如權(quán)利要求1所述的扁平型超電容的封裝方法，其特征在于，還包含在所述結(jié)構(gòu)的上、下電極板的外面上形成接觸電極。
3.如權(quán)利要求1所述的扁平型超電容的封裝方法，其特征在于，所述軟熔膠墻步驟是以一熱源加熱所述膠墻。
4.如權(quán)利要求1所述的扁平型超電容的封裝方法，其特征在于，所述軟熔膠墻步驟是以超音波加熱所述膠墻。
5.如權(quán)利要求1所述的扁平型超電容的封裝方法，其特征在于，所述軟熔膠墻步驟是以紅外線加熱所述膠墻。
6.一種扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括一長(zhǎng)電極板，其中一面的四周點(diǎn)注有膠墻，并形成環(huán)狀的容置空間；一短電極板，其中一面的四周點(diǎn)注有膠墻，并形成環(huán)狀的容置空間；由上述的長(zhǎng)電極板及短電極板間隔一適當(dāng)距離作橫向排列，上、下列具有膠墻的面相對(duì)應(yīng)，并間隔一適當(dāng)距離，軟熔后的膠墻膠合后形成一密閉的容置空間，其內(nèi)包覆有電解液。
7.如權(quán)利要求6所述的扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，其特征在于，可增加長(zhǎng)電極板的排列，以增加其電壓。
8.如權(quán)利要求6所述的扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，其特征在于，是可將所述結(jié)構(gòu)再行封裝于容器內(nèi)，并在容器外設(shè)置接觸電極。
9.如權(quán)利要求8所述的扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接觸電極為鎢氮化物。
10.如權(quán)利要求6所述的扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)內(nèi)所包覆的電解液為多金屬氧化物聚合體。
11.如權(quán)利要求6所述的扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述膠墻為熱可塑性樹脂材料組成。
12.如權(quán)利要求6所述的扁平型超電容的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述長(zhǎng)電極板的長(zhǎng)度為短電板的兩倍。
全文摘要
一種扁平型超電容的結(jié)構(gòu)及封裝方法，是采用串聯(lián)式堆疊法(Bipolar Structure)將超電容以上、下錯(cuò)位的方式堆疊后，再予以封裝，使其呈扁平化，可減少超電容成品的體積，其封裝的過(guò)程是先將電極板裁切成適當(dāng)尺寸、在電極板周圍點(diǎn)注膠墻、采取串聯(lián)式上下錯(cuò)位堆疊、灌注電解液、熱封、加壓、加熱聚合膠墻、制成超電容，該制成品可應(yīng)用于厚度較小的空間，如PDA、手機(jī)等。
文檔編號(hào)H01G13/00GK1567491SQ0314932
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者蔡克已, 黃俊輝, 成詩(shī)宋 申請(qǐng)人:國(guó)際超能源高科技股份有限公司