一種柵狀電極超級電容器的製作方法

2023-04-25 19:21:06 2

本實用新型涉及電容器技術領域，特別是有著柵狀電極的超級電容器。

背景技術：

超級電容器作為一種新型儲能裝置，是一種介於傳統電容器和充電電池之間具有快速充放電的新型功率型能源存儲設備。由於其具有較高的能量密度和功率密度、較寬的工作溫度範圍以及優異的循環性能等特點在航空航天、國防數字通信設備、電源供應、存儲備份系統以及先進的汽車如混合動力汽車和燃料電池汽車等方面都有很廣闊的應用前景。圖1示出了作為對比技術的傳統扣式超級電容器的結構示意圖。如圖1所示，所述扣式超級電容器包括負極蓋、負極集電極、扣式電容器負極、扣式電容器隔膜、扣式電容器正極、正極集電極、扣式電容器密封膠圈、扣式電容器殼體。所述負極蓋、所述扣式電容器密封膠圈和所述扣式電容器殼體構成了所述扣式超級電容器的外殼體；在所述扣式電容器殼體的內部，從負極蓋到所述扣式電容器殼體的內部底面依次分布著負極集電極、扣式電容器負極、扣式電容器隔膜、扣式電容器正極、正極集電極；所述負極集電極與所述扣式電容器負極電導通，所述扣式電容器正極與所述正極集電極電導通，所述扣式電容器負極和扣式電容器正極被扣式電容器隔膜隔開；扣式電容器負極和扣式電容器正極採用活性碳電極；在所述扣式電容器負極和扣式電容器正極之間充滿電解液。這種傳統結構的扣式超級電容器有一些缺陷：扣式電容器負極與扣式電容器正極與電解液的接觸面積有限，而且，活性碳電極能吸附帶電離子的部分只存在於與電解液接觸的表面，在扣式電容器負極與扣式電容器正極材料的內部難以吸附足夠的帶電離子，造成所述超級電容的比容量小，儲存能量低。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種可增大正負極的接觸面積、提高充放電速度、增大電容器比電容的柵狀電極超級電容器。

解決上述技術問題所採用的技術方案是：

一種柵狀電極超級電容器，包括正極、負極和殼體；所述正極和負極設置在殼體內；

所述正極包括圓柱形基座；在所述圓柱形基座的一側底面上固定設置柵狀電極片，所述柵狀電極片垂直於圓柱形基座的底面，且等間距平行排列，所述柵狀電極片之間的間距與柵狀電極片的厚度相適配；在所述圓柱形基座的另一側底面上固定設置集電極片，所述集電極片與圓柱形基座的底面面積相適配；所述負極與正極的結構相同；

所述正極和負極的柵狀電極片相互交錯嚙合；所述柵狀電極片之間設有隔膜片。

上述電容器，所述殼體包括底座和蓋板；所述底座為頂端開口的筒狀，靠近底座開口處的內壁上設有向下凸起的圓環形凸緣；所述蓋板的邊沿設有與所述圓環形凸緣相適配的環形凹槽；所述圓環形凸緣嵌入圓環形凹槽內將底座的開口密封，所述圓環形凸緣與圓環形凹槽設有絕緣密封墊圈；所述殼體的腔內充滿電解質溶液。

上述電容器，所述正極的集電極片焊接在蓋板上；所述負極的集電極片焊接在底座的底面上。

上述電容器，所述隔膜片緊貼在所述正極或負極的柵狀電極片的表面上。

上述電容器，所述柵狀電極片的高度為1～1.5mm，其厚度為0.7～0.9mm。

上述電容器，所述圓柱形基座的底面直徑為2～3cm，其高度為0.2～0.4mm。

上述電容器，所述集電極片通過有機導電膠水粘貼在圓柱形基座的底面上。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型的柵狀電極片交錯嚙合排列，這種結構可以有效地增大了正負極的接觸面積，使得電容器在比電容以及充放電速度上有了顯著的提升；同時，由於操作簡單，原理簡潔易懂，十分便於批量化生產；本實用新型中柵狀電極片的高度和厚度可以根據不同的應用情況進行合理的調整，因而利用本實用新型使電容器有很強的通用性；本實用新型中的隔膜片在電解質溶液中化學性質穩定，有一定的機械強度和熱穩定性，且具有絕緣性好、粒子導通能力強、耐腐蝕、不易老化等特點。

附圖說明

圖1為現有技術中扣式電容器的結構示意圖。

圖2為本實用新型結構示意圖。

圖3為正極結構示意圖。

圖中各標號分別表示為：01、負極蓋，02、負極集電極，03、扣式電容器負極，04、扣式電容器隔膜，05、扣式電容器正極，06、正極集電極，07、扣式電容器密封膠圈，08、扣式電容器殼體；

1、殼體，1-1、底座，1-2、蓋板，1-2-1、蓋板凸起，2、圓柱形基座，2-1、柵狀電極片，3、集電極片，4、隔膜片，5、電解質溶液。

具體實施方式

由圖2-3所示的實施例可知，它包括正極、負極和殼體1；所述正極和負極設置在殼體1內；所述正極包括圓柱形基座2；在所述圓柱形基座2的一側底面上固定設有柵狀電極片2-1，所述柵狀電極片2-1垂直於圓柱形基座2的底面，且等間距平行排列，所述柵狀電極片2-1之間的間距與柵狀電極片2-1的厚度相適配；在所述圓柱形基座2的另一側底面上固定設置集電極片3，所述集電極片3與圓柱形基座2的底面面積相適配；所述負極與正極的結構相同；所述正極和負極的柵狀電極片2-1相互交錯嚙合；所述柵狀電極片2-1之間設有隔膜片4。所述柵狀電極片2-1的高度為1～1.5mm，其厚度為0.7～0.9mm。所述圓柱形基座2的底面直徑為2～3cm，其高度為0.2～0.4mm。所述殼體1包括底座1-1和蓋板1-2；所述底座1-1為頂端開口的筒狀，靠近底座1-1開口處的內壁上設有向下凸起的圓環形凸緣；所述蓋板1-2的邊沿設有與所述圓環形凸緣相適配的環形凹槽；所述圓環形凸緣嵌入圓環形凹槽內將底座1-1的開口密封，所示圓環形凸緣與圓環形凹槽設有絕緣密封墊圈；所述殼體1的腔內充滿電解質溶液5。所述殼體1為導電材質；在蓋板1-2的外側中心可以設有圓形蓋板凸起1-2-1，其作為電容器的正極，方便使用。

所述正極的集電極片3焊接在蓋板1-2上；所述負極的集電極片3焊接在底座1-1的底面上。所述集電極片3通過有機導電膠水粘貼在圓柱形基座2的底面上。所述電解質溶液5的溶液為混合型，內含四氟硼酸四乙基銨、甲基三乙基四氟硼酸銨和乙腈。

柵狀電極片2-1採用的是上下正負兩極的柵狀電極片2-1交錯開來相互嚙合的結構設計，所以所述正負兩極的柵狀電極片2-1和「谷」的寬度(垂直於排列的方向)均設定在0.8mm左右，使得上下二者能夠完美地相互嵌入。這樣一來，浸泡在電解質溶液5中的每一個柵極均可以和與之相鄰近的異極性柵極進行電子的交換，使得充放電效率提高至少一倍。

所述圓柱形基座2和柵狀電極片2-1的材質為混合型電極。所述混合型電極為COF和石墨烯混合型，之間用導電率高的有機膠水進行粘合。

所述隔膜片4緊貼在所述正極或負極的柵狀電極片2-1的表面上，所述隔膜片4為電池隔膜。隔膜片4所用材料對電子的隔離性能好，可以防止電子的穿透，避免兩極之間由於電子的穿透造成的內部短路；但是電解質溶液5以及電解質溶液5中的帶電離子要能順暢通過；隔膜片4厚度均等，孔徑大小均勻；隔膜片4的材料在電解液中化學性質穩定，尺寸穩定，有一定的機械強度和熱穩定性。為了避免正負極出現短路的情況，在正負兩極中的任意一極的表面鋪設一層電解質隔膜，即所鋪設的隔膜片4應該緊貼正(或負)極的表面，不留任何空隙。並且所鋪設的隔膜片4應該具有絕緣性好，粒子導通能力強，耐腐蝕，不易老化的特點，因而採用電池隔膜(即鋰離子電池中使用的隔膜)TFDG系列的隔膜。

柵極的根部共享一個圓柱形基座2，因而在正負兩極的圓柱形基座2外側各安置一個等大的鋁箔作為集電極片3，同時把兩個鋁箔的外側分別和底座1-1和蓋板1-2電導通在一起(焊接)作為正負極，實現電能的輸送。

電解質溶液5充滿整個電容器，使電容器內部完全浸泡於電解質溶液5中。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型的其他實施方式，凡在本實用新型的等同修改和替換，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。