雙高壓無機系超級電容器的製作方法

2024-02-21 01:54:15 1

本發明涉及一種雙高壓無機系超級電容器，尤其是涉及一種對高壓超級電容器等結構的改良。

背景技術：

超級電容器，又叫雙電層電容器超級電容器，當外加電壓到兩個極板上以後，電解液中的離子會被吸附到極板上完成極化，超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學反應，因此超級電容器可以反覆充放電數十萬次。超級電容器是介於傳統電容器和蓄電池之間的一種新型儲能裝置，它具有功率密度大、容量大、使用壽命長、免維護、經濟環保等優點。

傳統的無機系超級電容器，單體電壓一般不超過1V，一旦達到窗口電壓，極片就會發生電解水反應，產生氧氣和氫氣，這種情況使得超級電容器在更高電壓領域的應用受到了限制。同時大量氣體產生會導致電容破裂，而無法繼續使用，不同於有機系列的富液電容，無機系列的電容電解液含量比較低，如果採用鉛酸蓄電池類似的開孔設計，電容單體裡面的水會很快蒸發導致整體電容內阻巨大，不能使用。雖然無機系列的有上述問題，但是相比有機系列的高電壓，高儲能而言，無機系列更加環保，更加安全，不會發生爆炸，並且無機系列也有其獨特的使用方面，比如在汽車啟動、內燃機車啟動、混合動力汽車啟動方面的應用。因此，改進目前無機系列超級電容器的結構方式，提高超級電容器的單體電壓和提高壓力耐受性迫在眉睫。

技術實現要素：

本發明需要解決的技術問題是提供一種更加安全和壓力耐受的高壓無機系列超級電容器，其主要解決現有無機電容器在生產過程中單片一致性不好導致的內阻過高，達到窗口電壓後產生的氣體的壓力耐受性差，以及使用中的環境耐受能力差的技術問題。

為此本發明的技術方案為：雙高壓無機系超級電容器，包括封裝殼體，其特徵在於：在封裝殼體內按照環氧樹脂條、正取電極板、電容器單體、負取電極板、環氧樹脂條的順序疊放在一起壓制而成；其中正、負極板之間設有至少30片及以上的電容器單體，電容器單體串聯組裝而成，每兩個電容器單體之間通過隔膜間隔。

進一步的改進在於：所述的正負取電極板為導電的不鏽鋼或者合金極板，兩塊取電極板分別伸出一個極耳作為外接電源。

進一步的改進在於：所述的電容器單體為活性物質片，活性物質片是由集流片和塗布在集流片兩側的活性碳粉組成，集流片的四周預留3-5 mm邊框和絕緣框配合，集流片材質為不鏽鋼帶或者鎳帶。

進一步的改進在於：所述的活性物質片為超級活性炭、鹼性電解液混合製成並塗布在集流片上，經烘乾後裁減成片狀。

進一步的改進在於：隔膜的面積與活性物質面積大小一致；隔膜的面積要比集流片的面積小，使隔膜正好能完全覆蓋活性物質片。

進一步的改進在於：所述的壓制壓力大小在5-13 T。

有益效果：

本發明中採用環氧樹脂條而不是環氧樹脂板，這樣澆築的時候封裝用環氧樹脂才能夠流到取電極板和殼體之間，起到更好的絕緣效果以及密封效果。由於具有堅固的外殼以及裡面填充的環氧樹脂良好的隔熱抗震性能，使得此種電容能夠在極高低溫的範圍和劇烈震動的條件下使用，同時由於加壓組裝和良好密封，短時間過壓充電也不會導致電容破裂損壞，將過壓調整到額定電壓電容可以繼續使用。

正負取電極板為不鏽鋼或者合金極板兩塊極板能夠耐受一定強度的壓力而不變形。

活性物質片在使用之前四周3-5 mm的碳粉是被刮掉的，然後墊上絕緣框，這樣碳粉被擠壓時不會出來，隔膜也能完全阻隔；隔膜的長度與寬度與活性物質面積大小一致；而另外隔膜為具有合適孔徑的超級無機系列電容器專用隔膜紙；隔膜紙的面積要比集流片的面積小一些，也就是在隔膜紙正好能完全覆蓋活性物質；這樣在加壓組裝的時候相鄰兩片之間的集流片以及隔膜都不會接觸而導致短路。

活性物質片由超級活性炭、鹼性電解液攪拌均勻後，塗布在集流片上，經烘乾後裁減成片狀而成。對於一般的電池加工中都會使用膠黏劑或者分散劑會來提高碳粉和集流體的粘接，膠黏劑和分散劑會導致內阻的增加，本發明中由於最後使用巨大的壓力壓實電容單體，碳粉不會隨意流動和脫落，因此活性物質中不需要添加膠黏劑和分散劑，這樣增加電容的容量和降低內阻；同時採用了調整壓力獲得一致內阻的方案，提高了產品的穩定性。

隔膜尺寸的設置在加壓組裝的時候相鄰兩片之間的集流片以及隔膜都不會接觸而導致短路。

使用5-13 T的壓力保證了電容的一致性。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明電容器單體示意圖。

圖3是疊放壓裝順序的結構示意圖。

圖中標記說明：1是正取電極板；2 是負取電極板；3是極耳；4是活性物質片；4-1是集流片，5是隔膜；6是封裝殼體；7是封裝環氧樹脂；8是活性碳粉；9是絕緣框；10是環氧樹脂條。

具體實施方式

下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。

雙高壓無機系超級電容器，包括封裝殼體6，在封裝殼體內按照環氧樹脂條10、正取電極板1、電容器單體、負取電極板2、環氧樹脂條10的順序疊放在一起壓制而成；其中正、負極板1、2之間設有至少30片及以上的電容器單體，電容器單體串聯組裝而成，每兩個電容器單體之間通過隔膜5間隔。

正、負取電極板1、2為導電的不鏽鋼或者合金極板，兩塊取電極板分別伸出一個極耳作為外接電源。

電容器單體為活性物質片4，活性物質片4是由集流片4-1和塗布在集流片兩側的活性碳粉8組成，集流片4-1的四周預留3-5 mm邊框和絕緣框9配合，集流片4-1材質為不鏽鋼帶或者鎳帶。

活性物質片4為超級活性炭、鹼性電解液混合製成並塗布在集流片4-1上，經烘乾後裁減成片狀。

隔膜5的面積與活性物質4面積大小一致；隔膜5的面積要比集流片4-1的面積小，使隔膜5正好能完全覆蓋活性物質片4。

壓制壓力大小在5-13 T。壓的過程中測定殼體的串聯內阻，始終調整壓力大小，使得所有電容的內阻都相同，然後在保壓狀態下使用電焊或者雷射焊接等技術將鐵蓋子和殼體連接起來，然後再從極耳伸出的那一側澆築封裝環氧樹脂完全密封，殼體是鐵，合金或者玻璃鋼等能夠耐受一定強度壓力的材質。

通過實驗表明當壓力超過13 T的時候，電容的內阻下降程度並不明顯，一般在10-15 T的壓力條件下，電容內阻基本都不發生變化，當壓力再繼續增加的時候，內阻反而會增大，原因是過大的壓力導致活性物質中間的電解液滲出，碳粉導電性能下降。

實施例1：本例的雙高壓無機系超級電容器，有兩塊取電極板分別為正取電極板1和負取電極板2，兩塊取電極板各伸出一個極耳3用於外接電源，兩塊取電極板之間設有至少30片及以上的電容器單體，也就是活性物質片4，活性物質片4由集流片4-1和塗布在上面的活性碳粉8組成，活性物質片4刮邊以後墊上絕緣框9，相鄰電容器單體之間用隔膜5隔開，然後將串聯疊裝的電容器單體放進尺寸一致的封裝殼體6，疊放順序按照環氧樹脂條10，正取電極板1，電容單體，負取電極板2，環氧樹脂條10的順序，使用5-13 T的壓力將蓋子壓進封裝殼體6並焊接起來，使得出來的電容內阻一致，然後通過正前面澆築封裝環氧樹脂完全密封。組裝後為24 V，40 mΩ，15 F的高壓無機系超級電容器，主要用在客車的啟動上面，短時間過充最高電壓為28 V，在-30℃和 70℃環境溫度下能夠穩定充放電。

實施例2：本例的雙高壓無機系超級電容器，活性物質片4為90片，取電極板為4片，疊放順序是取電極板A，30片活性物質片，取電極板B，30片活性物質片，取電極板C，30片活性物質片，取電極板D，其餘操作同實施例1。

在外接電源的時候，取電極板A的極耳和取電極板C的極耳焊接在一起形成新的正電極，取電極板D的極耳和取電極板B的極耳焊接在一起形成新的負電極。組裝後為24 V，18 mΩ，45 F的高壓超級電容器，主要用在重型卡車的啟動上面，短時間過充最高電壓為28 V，在-30℃和 70℃環境溫度下能夠穩定充放電。

這些實施例僅用於說明本發明不局限於上述優選的實施方式。