平板式超級電容器的製造方法

2023-07-05 19:14:21 1

平板式超級電容器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種平板式超級電容器，包括：平面基板(100)、形成於平面基板(100)上的絕緣層(200)、形成於絕緣層(200)上的數個電容器單體(1)；所述電容器單體(1)包括形成於絕緣層(200)上的第一電極(300)、形成於第一電極(300)上的隔膜(400)、形成於隔膜(400)上的第二電極(500)、形成於第二電極(500)上的絕緣層(600)、及位於第一與第二電極(300、500)之間的電解液(700)；數個電容器單體(1)疊置經串聯或並聯構成電容器單元(2)；數個電容器單元(2)串聯或並聯構成平板式超級電容器。
【專利說明】平板式超級電容器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種平板式電容器，尤其涉及一種平板式超級電容器。

【背景技術】
[0002]超級電容器(supercapacitor),又叫雙電層電容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)、電化學電容器Gilectrochemcial Capacitor, EC),黃金電容、法拉電容，通過極化電解質來儲能。它是一種電化學元件，但在其儲能的過程並不發生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反覆充放電數十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸弓I電解質中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。
[0003]超級電容器具體的工作原理如下所述。當外加電壓加到超級電容器的兩個極板上時，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲正電荷，負極板存儲負電荷，在超級電容器的兩極板上電荷產生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內電場，這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當兩極板間電勢低於電解液的氧化還原電極電位時，電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態(通常為3V以下)，如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為非正常狀態。由於隨著超級電容器放電，正、負極板上的電荷被外電路洩放，電解液的界面上的電荷相應減少。由此可以看出:超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學反應。因此性能是穩定的，與利用化學反應的蓄電池是不同的。
[0004]超級電容器在結構上與電解電容器非常相似，它們的主要區別在於電極材料。早期的超級電容器的電極採用碳，碳電極材料的表面積很大，電容的大小取決於表面積和電極的距離，這種碳電極的大表面積再加上很小的電極距離，使超級電容器的容值可以非常大，大多數超級電容器可以做到法拉級，一般情況下容值範圍可達1-5000F。
[0005]超級電容器通常包含雙電極、電解質、集流體、隔離物四個部件。超級電容器是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的電容量的。在超級電容器中，採用活性炭材料製作成多孔電極，同時在相對的兩個多孔炭電極之間充填電解質溶液，當在兩端施加電壓時，相對的多孔電極上分別聚集正負電子，而電解質溶液中的正負離子將由於電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上，從而形成雙集電層。
[0006]超級電容器的工藝流程為:配料一混漿一制電極一裁片一組裝一注液一活化一檢測一包裝。
[0007]然而，目前超級電容器的製作效率及使用便利性仍有待改進。


【發明內容】

[0008]本發明的目的在於提供一種平板式超級電容器，該平板式超級電容器在大面積平面基板上進行平面式直接生產出電容器組，其性能一致性好，體積小、重量輕、良品率提升、生產效率高，極大降低了超級電容器的生產成本，且方便對外安裝使用。
[0009]為實現上述目的，本發明提供一種平板式超級電容器，包括:
[0010]平面基板、形成於平面基板上的絕緣層、形成於絕緣層上的數個電容器單體；
[0011]所述電容器單體包括形成於絕緣層上的第一電極、形成於第一電極上的隔膜、形成於隔膜上的第二電極、形成於第二電極上的絕緣層、及位於第一與第二電極之間的電解液；
[0012]所述第一電極包括形成在絕緣層上的導電層與形成於導電層上的第一碳材料層；
[0013]所述第二電極包括形成於隔膜上的第二碳材料層與形成於第二碳材料層上的金屬層；
[0014]數個電容器單體疊置經串聯或並聯構成電容器單元；
[0015]數個電容器單元串聯或並聯構成平板式超級電容器。
[0016]所述平面基板的材料為陶瓷，所述平面基板劃分成數個基板單元，每一個基板單元的面積為形成一個電容器單體所需要的面積。
[0017]所述位於平面基板上的絕緣層與位於第二電極上的絕緣層的材料為聚醯亞胺。
[0018]所述導電層與第一碳材料層經加壓、烘乾而製成所述第一電極；所述第二碳材料層與金屬層經加壓、烘乾而製成所述第二電極。
[0019]所述導電層為直接在絕緣層上按預定圖案形成，或先形成金屬層，然後對該金屬層進行圖案化處理，形成預定圖案的導電層；所述導電層的材料為銅或鋁。
[0020]所述第一碳材料層與第二碳材料層為直接按預定圖案塗布，或先塗布一層碳材料，然後對該碳材料層進行圖案化處理，形成預定圖案的碳材料層與碳材料層；所述第一碳材料層與第二碳材料層的材料為活性碳或碳納米管。
[0021]所述隔膜為直接按預定圖案塗布設置，或先塗布一層隔膜，然後對其進行圖案化處理，形成預定圖案的隔膜。
[0022]所述金屬層為按預定圖案直接在第二碳材料層上形成，或先形成金屬層在第二碳材料層上，然後對該金屬層進行圖案化處理，形成預定圖案的金屬層；所述金屬層的材料為招或銅。
[0023]其中，通過浸泡或注入電解液的方式向第一與第二電極之間添加電解液。
[0024]所述平面基板的厚度為lOOum至50mm ;所述位於平面基板的絕緣層的厚度為10-15um ;所述導電層的厚度為10-20um ;所述第一碳材料層的厚度為0.21-0.23cm ;所述隔膜的厚度為15-25um ;所述第二碳材料層的厚度為0.21-0.23cm ;所述金屬層的厚度為10-20um ;所述位於第二電極上的絕緣層的厚度為10-15um。
[0025]本發明的有益效果:本發明平板式超級電容器，在平面基板上於一道工序裡可以同時進行多個電容器單體的製作，結構簡單，易於實現。性能的一致性高、體積小、重量輕，而且可同時對該多個電容器單體進行連接組成電容器組，方便後續使用時電容器組自身的組裝及對外安裝，從而有利於降低成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了能更進一步了解本發明的特徵以及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。
[0027]附圖中，
[0028]圖1為本發明平板式超級電容器中電容器單體的截面示意圖；
[0029]圖2為本發明平板式超級電容器中電容器單元的立體結構示意圖；
[0030]圖3為本發明平板式超級電容器中電容器組的立體結構示意圖。

【具體實施方式】
[0031]為更進一步闡述本發明所採取的技術手段及其效果，以下結合本發明的優選實施例進行詳細描述。
[0032]同時參閱圖1-3，本發明提供一種平板式超級電容器，其包括:平面基板100、形成於平面基板100上的絕緣層200、形成於絕緣層200上的數個電容器單體1。
[0033]所述電容器單體1包括形成於絕緣層200上的第一電極300、形成於第一電極300上的隔膜400、形成於隔膜400上的第二電極500、形成於第二電極500上的絕緣層600、及位於第一與第二電極300、500之間的電解液700。
[0034]所述第一電極300包括形成在絕緣層200上的導電層310與形成於導電層310上的第一碳材料層320 ；
[0035]所述第二電極500包括形成於隔膜400上的第二碳材料層510與形成於第二碳材料層510上的金屬層520 ；
[0036]數個電容器單體1疊置經串聯或並聯構成電容器單元2 ；
[0037]數個電容器單元2串聯或並聯構成平板式超級電容器。
[0038]所述平面基板100的材料為陶瓷，所述平面基板100劃分成數個基板單元102，每一個基板單元102的面積為形成一個電容器單體1所需要的面積。
[0039]所述位於平面基板上的絕緣層200與位於第二電極上的絕緣層600的材料為聚醯亞胺。
[0040]所述導電層310與第一碳材料層320經加壓、烘乾而製成所述第一電極300 ;所述第二碳材料層510與金屬層520經加壓、烘乾而製成所述第二電極500。
[0041]所述導電層310為直接在絕緣層200上按預定圖案形成，或先形成金屬層，然後對該金屬層進行圖案化處理，形成預定圖案的導電層310 ;所述導電層310的材料為銅或鋁。
[0042]所述第一碳材料層320與第二碳材料層510為直接按預定圖案塗布，或先塗布一層碳材料，然後對該碳材料層進行圖案化處理，形成預定圖案的碳材料層320與碳材料層510 ;所述碳材料層320與碳材料層510的材料為活性碳或碳納米管。
[0043]所述隔膜400為直接按預定圖案塗布設置，或先塗布一層隔膜，然後對其進行圖案化處理，形成預定圖案的隔膜400。
[0044]所述金屬層520為按預定圖案直接在第二碳材料層510上形成，或先形成金屬層在第二碳材料層510上，然後對該金屬層進行圖案化處理，形成預定圖案的金屬層520 ;所述金屬層520的材料為鋁或銅。
[0045]其中，通過浸泡或注入電解液的方式向第一與第二電極300、500之間添加電解液700，對於第一與第二電極300、500之間形成密閉空間容納電解液700，這可由現有技術來實現。
[0046]所述平面基板100的厚度為lOOum至50mm ;所述位於平面基板的絕緣層200的厚度為10-15um;所述導電層310的厚度為10_20um ;所述第一碳材料層320的厚度為0.21-0.23cm ;所述隔膜400的厚度為15_25um ;所述第二碳材料層510的厚度為0.21-0.23cm ;所述金屬層520的厚度為10_20um ;所述位於第二電極上的絕緣層600的厚度為 10_15um。
[0047]值得一提的是，本發明的平板式超級電容器可以通過切割平面基板100，形成數個預定規格的次基板，每一次基板包括數個基板單元，其形成一個電容器組。對於能容下平面基板100的交通或運輸工具，例如車輛、飛機、拖拉機、叉車等，可以直接將整個平面基板100做成一個電容器組，不需要切割。對於不能容下平面基板100的交通或運輸工具，則可以根據能容下的尺寸需要，對平面基板進行切割，形成數個預定規格的次基板，每一次基板上形成一個電容器組，然後數個次基板的電容器組再進行電性連接，安裝到交通工具上。這相對於現有技術要將平面基板按基板單元進行切割，形成一個個如基板單元大小的電容器單元2，也是提升了很大的生產效率，及方便於後續使用安裝。
[0048]上述圖案化處理，可以根據需要採用現有工藝形成預定圖案的絕緣層200、絕緣層600，比如微影、蝕刻工藝等。
[0049]上述形成導電層310或金屬層520，可以採用現有工藝來處理，例如化學氣相沉積或蒸鍍等。
[0050]本發明平板式超級電容器，可以在平面基板上於一道工序裡可以同時進行多個電容器單體的製作，結構簡單，易於實現。性能的一致性高、體積小、重量輕，而且可同時對該多個電容器單體進行連接組成電容器組，方便後續使用時電容器組自身的組裝及對外安裝，從而有利於降低成本。
[0051]以上所述，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案和技術構思作出其他各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種平板式超級電容器，其特徵在於，包括:平面基板(100)、形成於平面基板(100)上的絕緣層(200)、形成於絕緣層(200)上的數個電容器單體(I)； 所述電容器單體(I)包括形成於絕緣層(200)上的第一電極(300)、形成於第一電極(300)上的隔膜(400)、形成於隔膜(400)上的第二電極(500)、形成於第二電極(500)上的絕緣層￠00)、及位於第一與第二電極(300、500)之間的電解液(700)； 所述第一電極(300)包括形成在絕緣層(200)上的導電層(310)與形成於導電層(310)上的第一碳材料層(320)； 所述第二電極(500)包括形成於隔膜(400)上的第二碳材料層(510)與形成於第二碳材料層(510)上的金屬層(520)； 數個電容器單體(I)疊置經串聯或並聯構成電容器單元(2); 數個電容器單元(2)串聯或並聯構成平板式超級電容器。
2.如權利要求1所述的平板式超級電容器，其特徵在於，所述平面基板(100)的材料為陶瓷，所述平面基板(100)劃分成數個基板單元(102)，每一個基板單元(102)的面積為形成一個電容器單體(I)所需要的面積。
3.如權利要求1所述的平板式超級電容器，其特徵在於，所述位於平面基板上的絕緣層(200)與位於第二電極上的絕緣層￠00)的材料為聚醯亞胺。
4.如權利要求1所述的平板式超級電容器，其特徵在於，所述導電層(310)與第一碳材料層(320)經加壓、烘乾而製成所述第一電極(300);所述第二碳材料層(510)與金屬層(520)經加壓、烘乾而製成所述第二電極(500)。
5.如權利要求1所述的平板式超級電容器，其特徵在於，所述導電層(310)為直接在絕緣層(200)上按預定圖案形成，或先形成金屬層，然後對該金屬層進行圖案化處理，形成預定圖案的導電層(310);所述導電層(310)的材料為銅或鋁。
6.如權利要求1所述的平板式超級電容器，其特徵在於，所述第一碳材料層(320)與第二碳材料層(510)為直接按預定圖案塗布，或先塗布一層碳材料，然後對該碳材料層進行圖案化處理，形成預定圖案的碳材料層(320)與碳材料層(510);所述碳材料層(320)與碳材料層(510)的材料為活性碳或碳納米管。
7.如權利要求1所述的平板式超級電容器，其特徵在於，所述隔膜(400)為直接按預定圖案塗布設置，或先塗布一層隔膜，然後對其進行圖案化處理，形成預定圖案的隔膜(400)。
8.如權利要求1所述的平板式超級電容器，其特徵在於，所述金屬層(520)為按預定圖案直接在第二碳材料層(510)上形成，或先形成金屬層在第二碳材料層(510)上，然後對該金屬層進行圖案化處理，形成預定圖案的金屬層(520);所述金屬層(520)的材料為鋁或銅。
9.如權利要求1所述的超級平板式電容器，其特徵在於，通過浸泡或注入電解液的方式向第一與第二電極(300、500)之間添加電解液。
10.如權利要求1所述的超級平板式電容器，其特徵在於，所述平面基板(100)的厚度為10um至50mm ;所述位於平面基板的絕緣層(200)的厚度為10_15um ;所述導電層(310)的厚度為10-20um ;所述第一碳材料層(320)的厚度為0.21-0.23cm ;所述隔膜(400)的厚度為15-25um ;所述第二碳材料層(510)的厚度為0.21-0.23cm ;所述金屬層(520)的厚度為10-20um;所述位於第二電極上的絕緣層￠00)的厚度為10-15um。
【文檔編號】H01G11/12GK104282443SQ201410479241
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】桂松, 徐榮, 常嘉興, 黃進清 申請人:鴻源控股有限公司