一種超級電容器的製作方法
2023-05-20 01:26:56 1
本發明屬於電力電能領域，涉及一種儲能電氣元件，尤其涉及一種超級電容器。
背景技術：
超級電容器（又稱法拉電容、黃金電容）是一種介於傳統電容和二次電池之間的新興儲能電氣元件。超級電容的高比功率、大電流充放電能力、長壽命、超低溫性能、高可靠性、綠色環保等特點，使得其在工業電子、交通運輸、再生能源、軍事等領域作為功率電源或儲能電源得到廣泛的應用。影響超級電容器的可靠性主要有以下幾個方面：內阻，機械結構穩定性，氣密性等。目前的超級電容器的應用領域越來越來廣泛，對超級電容器的可靠性也提出了更高的要求。
現有超級電容器負極側的密封方式大多採用O型圈，依靠外殼對O型圈的擠壓實施密封。這種方式有二個弊端，一是在實際的應用過程中，抗振動性差，結構不穩定，容易出現洩漏的情況；二是在生產過程中，入殼工序報廢率大，因為這個密封結構的設計需要O型圈的外徑大於超級電容器外殼的內徑，無法直接裝配，需要特殊的工裝設備擠壓O型圈入殼，這個過程中容易報廢極芯，也容易劃傷O型圈，影響密封效果。
另外市面上的超級電容器大多採用1系鋁材的外殼，1系鋁材外殼加工性能好，內阻低，但是強度偏低，在超級電容器長期的使用過程中，內部會產生一些氣體，當氣體積累到一定壓強時，會擠壓外殼的底部，使底部變形，這樣會影響外殼和正極集流體的配合，使得超級電容器內阻產生變化。
技術實現要素：
為解決現有技術存在的缺陷，本發明提出了一種全新的超級電容器，具備結構穩定，多重密封，抗振動性好，內阻低，散熱性好等優點。
為實現上述優點，本發明採用的技術方案如下：
一種超級電容器，包括頂部敞口的筒狀外殼、端蓋、正極集流體、負極集流體、極芯和電解液，所述極芯的兩端分別與正極集流體、負極集流體焊接，端蓋頂部設有注液口；
端蓋的外周為雙槽設計，即設有上槽和下槽，上槽的圓弧長度大於下槽的圓弧長度；負極集流流外部設有凹槽，所述凹槽和端蓋的下槽配合，構成一個拼合槽，並在端蓋和負極集流體的結合圓弧處焊接，降低超級電容器的內阻；在外殼和端蓋之間填充一體式密封圈，一體式密封圈上設有雙槽，貼合上槽和拼合槽，並在外殼對應一體式密封圈雙圓弧的位置實施衝槽，擠壓一體式密封圈，使得一體式密封圈受到壓縮，起到密封作用，改密封方式有效密封面積大，壓縮合理，且結構穩定，抗振動性好；外殼的底部設有六條凸起的加強筋，提高外殼的強度，並在其底部外周設有外殼底部下凹槽和正極集流體配合，節約空間，結構設計合理，強度高，可靠性好。
進一步地，所述的一體式密封圈裝配時非常簡單，無需特殊的工裝夾具，可直接裝配入外殼，依靠外殼衝槽擠壓實施密封。
進一步地，該一體式密封圈上設有減震部位，絕緣部位，雙槽密封部位，減震部位在密封
圈內部的下方，當電容器收到強烈振動時，該部位可以起到緩衝作用，減少端蓋的位移，提高超級電容器結構的穩定性；絕緣部位是隔開超級電容器口部的正負極，避免在應用過程中出現短路現象，提高超級電容器的安全性；雙槽密封部位增加了密封面積和密封強度，大大提高了超級電容器密封的可靠性。
進一步地，該一體式密封圈的材質優選三元乙丙橡膠，性能合適，成本較低，也可以選
擇氟橡膠等其他橡膠。
進一步地，所述的端蓋和負極集流體的結合圓弧處實施焊接優選雷射焊接，強度好，結構穩定，內阻低。
進一步地，在該圓弧和外殼之間填充一體式密封圈，一體式密封圈下槽內壁凸起的圓弧
貼合該焊縫，即可以起到密封作用，又可以保證焊縫不洩漏。
進一步地，所述的衝槽有二處，是通過衝槽設備在外殼外壁上擠壓出圓弧型的凹槽，該凹槽剛好和端蓋外側的圓弧貼合。有二個益處，一是擠壓一體式密封圈，使得一體式密封圈具備較強的密封作用；二是支撐端蓋和負極集流體，使超級電容器整體結構更加穩定。
進一步地，所述的外殼是一次冷擠壓加工完成，不需要額外的機加工，節約成本。為提高加工的成功率，在底部下凹的圓環和上凸的加強筋連接處採用圓弧連接，降低外殼擠壓時的不良率
本發明具有以下優點：
1、改變傳統O型圈密封設計的結構，採用創新的一體式密封圈設計，密封面積比原來增加40%，密封效果更加可靠，降低超級電容器的洩漏率。
2、改變超級電容器密封環節入殼處的結構設計，杜絕傳統入殼方式因為O型圈被劃傷的不良隱患，該結構設計省時省力，降低生產過程中的報廢率。
3、提出了一種全新的端蓋和負極集流體焊接配合方式，焊接完成後共有二個圓弧的凹槽和外殼衝槽進行配合，在二者中間填充一體式密封圈，結構更加穩定，密封性好，抗振動性強。
4、採用底部有上凸的六條加強筋，側面有下凹圓環設計的高強度外殼和正極集流體配合，結構設計合理，解決了1系鋁材外殼強度較差的問題，並且節約空間，使得超級電容器內部儲氣空間充裕，提升了超級電容器結構的穩定性和安全性。
附圖說明
圖1為本發明一實施例的超級電容器整體剖視圖。
圖2為本發明一實施例的一體式密封圈剖視圖。
圖3為本發明一實施例的端蓋和負極集流體組件的配合剖視圖。
圖4為本發明一實施例的一體式密封圈和端蓋負極集流體組件的配合剖視圖
圖5為本發明一實施例的封口結構剖視圖。
圖6為本發明一實施例的外殼的示意圖。
圖7為圖6下部的剖視圖。
圖8為本發明一實施例的外殼和正極集流體配合的示意圖。
附圖中涉及的附圖標記和組成部分如下所示：
11、端蓋 12、負極集流體 13、外殼 14、一體式密封圈 15、極芯 16、正極集流體 17、外殼底部；
21、絕緣部位 22、輔助密封部位 23、減震部位 24、外密封部位 25、內密封部位 26、保護部位；
31、端蓋凸起 32、端蓋外周圓弧狀雙槽 33、雷射焊接部位 34、負極集流體上凸起；
41、貼合處 42、φ-整體裝配外徑；
51、靠上的衝槽 52、靠下的衝槽 53、減震示意 54、密封示意 55、支撐示意；
61、外殼加強筋 62、外殼底部下凹槽；
71、外殼底部滾槽 72、正極集流下凸環。
具體實施方式
下面結合附圖和實例對本發明進一步說明。
實施例一
請參照圖1，圖1是該實施例超級電容器的剖面結構示意圖。該超級電容器整體形狀為圓柱形，包括頂部敞口的筒狀外殼13、極芯15、正極集流體16、負極集流體12、端蓋11和電解液（圖中未標出）。所述極芯15的兩端分別與正極集流體16、負極集流體12雷射焊接，端蓋11的頂部設有注液口（圖中未示出）。外殼13和端蓋1形成封閉結構，正極集流體16位於外殼13的內底壁處，負極集流體12靠近端蓋11一側，極芯15位於正極集流體16和負極集流體12之間。外殼底部17處設有上凸起的加強筋，提高外殼強度。
如圖2所示，所述的一體式密封圈由21、22、23、24、25、26六個部位構成，21是絕緣防短路區域，向內傾斜5-10°設計，這種傾斜設計使得在裝配中21內壁貼合端蓋11側面，如圖4中41處所示；26同樣是絕緣防短路區域，是防止外殼13衝槽時觸碰到極芯15引起短路；22是輔助密封區域，但是當超級電容器內部氣壓過大時，端蓋會向上移動擠壓22，使得22區域也具備密封性。23是貼合部，其貼合端蓋11內壁，其內側圓弧處有一定的減震作用，當單體受到較強的振動時，23在外殼13衝槽和端蓋之間起到緩衝減震的作用，如圖5中53處所示。24、25為雙槽雙重密封區域，當外殼衝槽完成後，如圖5中51、52所示，會擠壓24、25處，使得23、24構成一個非常可靠的密封區域，和原來的單個「O」型圈設計相比，增加了約40%的有效密封面積，大大提升了超級電容器的密封性。綜上，這種一體式密封圈設計可以提高單體在複雜環境中工作的密封性和穩定性。
如圖3、圖5所示，端蓋外側上部設計規則的圓弧凸起31，寬度約1.5-2mm，高度約0.3-0.5mm，這個設計是針對旋壓封口機的特點設計的，旋壓封口機封口後，外殼上部彎曲成型下方會有一定的圓弧，這樣在端蓋外側設計出圓弧凸臺31與之配合，如圖5中54處所示，使得填充在二者之間的一體式密封圈22部位，受到的壓力更加均勻，形成一個有效的密封區域，提升超級電容器的密封性。在端蓋11和負極集流體12結合33處，實施雷射焊接，降低超級電容器的內阻，如圖5中55處所示，焊縫處剛好構成一個圓弧，用一體式密封圈14填充。 32處設有2個圓弧，2個圓弧設計深度是不一樣的，如55處所示，55處的圓弧設計的較深，當外殼13與之對應的衝槽52進來之後，與之配合，可以起到支撐作用，使得端蓋11和負極集流體12位置穩定，不易產生移動，提高超級電容器整體結構的穩定性。
如圖4所示，一體式密封圈14和端蓋11、負極集流體12配合後，整體外徑φ約等於或者稍大於外殼13口部的內徑，裝配時無需工裝夾具，可直接裝配入殼，杜絕傳統入殼方式因為O型圈被劃傷的不良隱患，該結構設計省時省力，降低生產過程中的報廢率。
如圖6、圖7、圖8所示，此外殼的設計大大改善了1系鋁材強度強度較差的問題，通過六條外殼加強筋61的方式增加底部的機械強度，減少超級電容器在內壓增大時底部的形變，從而保證了超級電容器整體的結構穩定性；並且通過外殼底部下凹槽62的優化設計，外殼底部下凹槽62和外殼加強筋61連接處63採用圓弧連接巧妙的和正極集流下凸環72配合，節約空間，保證超級電容器內部其他構件的結構設計不受影響，進一步地，在外殼底部17外周實施衝槽，即形成外殼底部滾槽71，降低內阻，並且增加接觸面積，增強了超級電容器在高功率工作時的散熱性。