[发明专利]基于干颗粒的电化学装置及其制造方法

说明书

相关申请

本发明涉及并要求享有在2003年7月9日提交的共同转让的美国临时申请#60/486002的优先权，该临时申请通过引用并入本文；和

本发明涉及并要求享有在2003年8月26日提交的共同转让的美国临时申请#60/498346的优先权，该临时申请通过引用并入本文；和

本发明涉及并要求享有在2003年7月10日提交的共同转让的美国临时申请#60/485306的优先权，该临时申请通过引用并入本文；和

本发明涉及并要求享有在2003年8月26日提交的共同转让的美国临时申请#60/498210的优先权，该临时申请通过引用并入本文；和

本发明涉及并要求享有在2003年10月14日提交的共同转让的美国临时申请#60/511273的优先权，该临时申请通过引用并入本文；

本发明涉及并要求享有在2004年2月19日提交的共同转让的美国临时申请#60/546093的优先权，该临时申请通过引用并入本文；和

本发明涉及并要求享有在2004年4月2日提交的共同转让的美国临时申请#10/817701的优先权，该临时申请通过引用并入本文。

发明领域

本发明一般涉及电化学装置领域。更具体而言，本发明涉及用于诸如电池、燃料电池、电容器等产品中基于干颗粒的膜的结构和制造方法。

背景技术

电化学装置在整个现代社会中被用来提供能量。这种电化学装置包括电池、燃料电池和电容器。每一种装置均伴随着正面或负面的特性。基于这些特性，决定更适合用于特定应用中的装置。电化学装置的总成本是决定是否使用特定类型的电化学装置的重要特性。

双层电容器也称为超电容器(ultracapacitors)和超级电容器(super-capacitors)，是每单位重量和单位体积能够储存比传统技术制造的电容器例如电解质电容器更多能量的电化学装置。

双层电容器在极化电极/电解质界面层中储存静电能。双层电容器包括由多孔隔板隔离防止接触的两个电极。隔板防止电子(相对于离子)电流使两个电极短路。电极以及多孔隔板均浸在电解质中，这使得电极之间的离子电流流动并穿过隔板。在电极/电解质界面处，形成溶剂偶极的第一层和带电粒种(charged species)的第二层(因此，称为“双层”电容器)。

虽然双层电容器理论上可以在高达4.0伏并可以在更高的电压下工作，但是目前的双层电容器制造技术将双层电容器的标称工作电压限制为大约2.5-2.7伏。更高的工作电压是可能的，但是在这样的电压下开始发生所不期望的破坏性击穿，这部分可归因于在制造期间可引入到或粘附于电极的杂质和残余物的相互作用。例如，发现双层电容器的所不期望的破坏性击穿出现在大约2.7-3.0伏之间的电压下。

已知的电容器电极制造技术利用基于涂覆和/或挤出方法的加工添加剂。两种方法均使用粘结剂，该粘结剂通常包含聚合物或树脂，其在用于制造电容器的结构之间提供粘附。已知的双层电容器利用电极膜和粘合剂/粘结剂(adhesive/binder)层配方，这些配方一般使用一种或多种加入的加工添加剂(也一直称为“添加剂”)，对本领域技术人员而言已知各种这类添加剂为溶剂、润滑剂、液体、增塑剂等。当这种添加剂被用于制造电容器产品时，通常由于在添加剂残余物与随后使用的电容器电解质之间可发生所不期望的化学相互作用，因此最终电容器产品的工作寿命以及最大的工作电压可能变小。

在涂覆方法中，添加剂(通常为有机溶剂、水、或水和有机溶剂的混合物)被用于在所产生的湿浆内溶解粘结剂。通过刮刀或窄缝模具将湿浆涂覆到收集器(collector)上。随后干燥所述浆料以去除溶剂。对于现有技术的基于涂覆的方法，由于层厚减少，实现均匀层变得越来越困难，例如其中希望得到均匀的5微米厚的粘合剂/粘结剂层的涂层。涂覆方法还伴随高成本以及复杂过程。另外，涂覆方法需要大的资金投入以及高质量控制以实现所需要的厚度，均匀性、顶部到底部定位等。

在现有技术中，第一湿浆层被涂覆到集电器上来为集电器提供粘合剂/粘结剂层功能。具有提供导电电极层功能特性的第二浆层可以涂覆到第一涂层上。在另一个实施例中，可以将挤出层涂覆到第一涂层上以提供导电电极层功能。