双电荷层电容器制造技术

一种双电荷层电容器具有由活性碳和电解质间的界面组成的双电荷层。该双电荷层电容器包括一对含有呈接合活性碳粒子的多孔烧结体状态的电极体的极化电极。当烧结该电极体时，该电极体的表面形成一导电层。由于这种构造，减小了在电极体和集电极之间通过导电层的接触电阻值，从而减小了该双电荷层的内阻。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用由活性碳和电解质之间的界面组成的双电荷层原理、具有大静电电容量的双电荷层电容器。近来，已经研制出用作电子系统存储器备用电源的基于双电荷层原理的大容量电容器，并将其广泛应用于微计算机和集成电路(IC)存储器。例如，在美国专利第3，536，963号中公开了一种双电荷层电容器。所公开的双电荷层电容器包含一个框架形密封垫，一对用活性碳粒子制成的并放置在密封垫中的极化电极，用以防止电子在电极间移动、放置在极化电极之间的隔离板，以及一对分别安装在极化电极的相对表面并具有接合于密封垫的外围边缘的集电极。极化电极是由粉末状或颗粒状活性碳和一种电解质混合物的凝缩悬浮液制成的糊状电极。减小这种具有糊状电极的双电荷层电容器的内阻是重要的。双电荷层电容器的内阻受极化电极的活性碳的接触电阻和集电极与极化电极之间的接触电阻的影响很大。因此，为减小极化电极的内阻和集电极与极化电极间的接触电阻，双电荷层电容器的每个基本单元应保持在垂直压力之下，使糊状活性碳的粒子处在良好的相互电接触状态。常规双电荷层电容器对每一基本单元所需加上的压力虽然取决于电极的尺寸、碳材料粒子的尺寸或所用电解质的种类，但应保持在约100kg/cm2压强下。在先有的双电荷层电容器中，通过使电容器外壳变形或将集电极牢牢地接合于密封垫上而使该单元保持在受压状态。如果准备将一个双电荷层电容器用作大容量电容器，例如，用以驱动马达的电源，则必须增大基本单元电极的横截面面积。因此，施加于该基本单元的压力也必须增大。然而，增大压力会导致一些实际问题，诸如对施加压力装置的选择和对装有基本单元的外壳的高刚性要求。在常规双电荷层电容器的极化电极和集电集之间的接触电阻是如此之大以致于引起高内阻。在日本特许公开公报第63(1988)-232309号中公开了一种双电荷层电容器，这种电容器减小了极化电极和集电极之间的接触电阻因而减小了内阻。按照上述公报所公开的，将一种热塑树脂加热并溶解在电解液中，然后将该液体冷却成不流动或不变型的凝胶体并保持在一固定相位，除非对其施加外力。然后，将活性碳粉末加到该凝胶体上，用轧钢机捏和该混合物。捏和的混合物成型为板片状，将之切割为极化电极。将不锈钢的金属粉末撒在每个极化电极的一个表面上，撒下的粉末粒子由轧钢机加压埋入极化电极的表面，由此提供一种减小极化电极和集电极之间接触电阻的导电层。但是，由于在制造极化电极之后形成该导电层，所以需要增加制造双电荷层电容器的处理过程个数。另外，极化电极和导电层之间的接触电阻不够满意，因为它们是通过粒子之间的接触相互进行电耦合的。本专利技术的一个目的是提供一种利用由活性碳和电解质之间的界面组成的双电荷层原理的双电荷层电容器，该双电荷层电容器在电极体的表面上具有导电层以减小电极体和集电极之间的接触电阻，电极体和导电层之间具有减小的接触电阻使得电容器的内部电阻减小。本专利技术的另一个目的是提供制造双电荷层电容器的电极的方法，该方法能够在电极体的表面可靠形成导电层。按照本专利技术，提供有一种具有由活性碳和电解质之间的界面组成的双电荷层的双电荷层电容器，它包含一对具有彼此相对的表面的电极体，每个电极体含有接合活性碳粒子的多孔烧结体;一对在烧结电极体时形成于电极体的相反表面的导电层;一块放置于电极体之间的隔离板;一个容纳电极体和隔离板的密封垫;以及一对分别位于所述电极体的各自相反表面、与导电层接触的集电极，该集电极具有接合于密封垫的各自周边边缘。按照本专利技术，还提供有一种具有由活性碳和电解质之间的界面组成的双电荷层的双电荷层电容器极化电极的制造方法。该方法包括以下步骤将导电材料置于烧结模具中，将细微活性碳粒子放在烧结模具中的导电材料上，对烧结模具中的导电材料和细微活性碳粒子施压，在压力下烧结细微活性碳粒子和导电材料，从而分别形成相互紧密接合的导电层和电极体。本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点通过下面描述并结合以图示实例的方法来表示本专利技术的最佳实施例的附图将变得更加明确。附图说明图1是按照本专利技术的双电荷层电容器的横截面图;图2是在双电荷层电容器中用作极化电极的电极的横截面图;图3是表示按照本专利技术的用于制造作为电极体的多孔烧结体的装置的电路图;图4是表示施加于细微活性碳粒子的压力、流过细微活性碳粒子的平均电流和细微活性碳粒子的温度随时间变化的曲线图;以及图5是按照专利技术和对比实例的双电荷层电容器的静电电容和内阻的表格。图1示出按照本专利技术的双电荷层电容器的横截面。该双电荷层电容器包括一对表面彼此相对的极化电极1。每个极化电极1可由如图3所示出的烧结装置制造。特别地，具有大约20μm平均粒子半径的细微活性碳粒子的粉末被烧结成多孔烧结电极体，然后浸渍在稀硫酸中。该双电荷层电容器还包括烧结电极体时分别形成在极化电极1的电极体的相反表面的一对导电层2。该导电层2中的每一个均由用后面将要描述的方式整体接合于电极体的金属粉末或箔形成。极化电极1装在由非导电橡胶或合成树脂制成的环状密封垫5中。极化电极1由置于其中的隔离板4相互隔开。隔离板4可以是用电解液浸渍的非纺织多孔聚丙烯片的形式。隔离板4允许离子穿过，但不让电子从其中穿过。双电荷层电容器还包括一对分别置于极化电极1上导电层2的外表面上的集电极3。每个集电极3由用导电材料和合成树脂捏和产生的导电薄膜制成。集电极3具有接合于密封垫5的周边边缘。制造每个带有导电层2的极化电极1(如图2所示)的方法参照图3中的烧结装置描述如下。如图3所示，细微活性碳粒子粉末放置在烧结模具10中，烧结模具10是由高强度金属(比如钨钢)制成的并具有用于放置活性碳粒子于其中的中心孔。孔的内壁涂覆有绝缘层11，该绝缘层11是用诸如氧化硅(SiO2)或四氮化三硅(Si3N4)的绝缘材料制成并用诸如汽相生长的熟知过程淀积。上、下柱塞(plunger)12和13分别将其下端和上端插在烧结模具10的孔中。上、下柱塞12和13由诸如钨、钼、或类似物的热阻金属制成。上和下柱塞12和13分别接到上部和下部电极14、15上。尽管在图3中未示出，但以箭头F所指示方向由水压机对上部和下部柱塞12和13以及上部和下部电极14和15实行可控加压，以将要求的压力施加于放置在烧结模具10中用于形成极化电极1的细微粒子和用于形成导电层2的导电材料上。容纳于烧结模具10中的细微粒子和导电材料放置在要求的大气压下。上部和下部电极14和15与开关SW1、SW2和电容器C的串联电路作电气连接，可变电阻器R和可变电压源16的串联电路并联连接到电容器C和开关SW2的串联电路上。开关SW1、SW2的通和断状态由开关控制电路17控制。开关SW1包含一常开开关，开关SW2包含一常闭开关。烧结模具10可以由诸如氧化硅(SiO2)，四氮化三硅(Si3N4)，碳化硅(SiC)或类似物的陶瓷材料制成。下面描述图3所示装置制造形成按照第一专利技术实例的双电荷层电容器极化电极的电极体的操作。对于仅有下部柱塞13插在烧结模具10的孔中时，将形成导电层2的具有约5μm平均半径的不锈钢粉末放置于达50至100μm范围厚度的下部柱塞13上。然后将上部柱塞12插入烧结模具10的孔中以压迫淀积的不锈钢粉末。随后，将上部柱塞12提出烧结模具10的孔。然后在压紧的不锈钢粉末上放置具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有由活性碳和电解质间的界面组成的双电荷层的双电荷层电容器，它包括：一对具有彼此相对的表面的电极体，所述每个电极体含有接合活性碳粒子的多孔烧结体，一对在烧结电极体时形成于所述电极体的各自相反表面上的导电层，一插在所述电极体中 间的隔离板，一容纳所述电极体和所述隔离板的密封垫，以及一对分别置于所述电极体的各自相反表面、与所述导电层相接触的集电极，所述集电极具有接合于所述密封垫的各自周边边缘。

【技术特征摘要】
JP 1990-2-9 30829/901.一种具有由活性碳和电解质间的界面组成的双电荷层的双电荷层电容器，它包括一对具有彼此相对的表面的电极体，所述每个电极体含有接合活性碳粒子的多孔烧结体，一对在烧结电极体时形成于所述电极体的各自相反表面上的导电层，一插在所述电极体中间的隔离板，一容纳所述电极体和所述隔离板的密封垫，以及一对分别置于所述电极体的各自相反表面、与所述导电层相接触的集电极，所述集电极具有接合于所述密封垫的各自周边边缘。2.如权利要求1所述的双电荷层电容器，其特征在于所述每一导电层包含金属粉末的...

【专利技术属性】
技术研发人员：土屋善信，仓林研，木藤诚一路，仁井田赖明，
申请(专利权)人：五十铃汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]