CN101702541B - 一种超级电容器内部短路修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超级电容器内部短路修复方法，采用短时间对超级电容器进行直流恒流充放电，并逐级提高电流的方法对超级电容器进行修复，有效解决了超级电容器生产过程中已注液成品及未注液前干态半成品内部短路问题。对于超级电容器内部金属毛刺、活性炭、隔膜破损处活性物质直接连接等产生的短路修复效果明显。并可以直接在超级电容器化成设备等直流充放电设备进行修复操作，无需增加额外设备，操作简便易行，大大提高了生产效率，短路产品修复率达90％以上。

Description

一种超级电容器内部短路修复方法

技术领域

本发明涉及电容器技术领域，具体是一种超级电容器生产过程中短路产品的修复方法。

背景技术

超级电容器是近年来发展起来的一种新型储能产品，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优异特性。超级电容器与普通电解电容器相比，容量提高了数个数量级，可达几千至几万法拉。同传统二次电池相比，具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性能高等特点。超级电容器在充放电过程中没有发生电化学反应，其循环寿命可达万次以上。当今蓄电池的充放电循环寿命只有数百次，只有超级电容器的几十分之一。超级电容器以其独特优势，得到了飞快的发展和广泛应用，产品产量及品种都大幅增加。

目前超级电容器多采用铝箔、钢带、泡沫镍等材料作为活性物质的载体即集流体，在生产过程中极易产生微小的金属毛刺，刺破隔膜造成产品内部短路。同时为了获得更好的产品性能，超级电容器多采用尽量薄的隔膜以减小产品内阻提高产品容量，但同时也使隔膜的强度下降，分隔正负极片的效果较差生产过程中容易造成短路。

超级电容器内部短路多发生在正负极极片叠加组合后未注入电解液前的干态半成品超级电容器中。注入电解液后由于电极吸收电解液发生膨胀挤压隔膜，以及后续化成、焊接等工序对极片、隔膜造成的微小损坏也易造成产品短路。超级电容器内部短路将正负极通过内部少量的金属毛刺、活性炭、隔膜破损处活性物质直接连接，使得正负极输出电压为0，如不进行修复则该超级电容器无法使用。

对于生产过程中的短路问题目前主要通过提高生产自动化程度，加强生产过程控制等方法提高产品质量，降低短路产品比例。对于存在的短路产品多采用手工拆开超级电容器查找短路位置，更换极片或隔膜等方法，效率很低。同时修复操作不当极易造成新的短路，该方法已不适应大批量的工业生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有超级电容器生产中短路产品修复困难、效率低等问题，提供了一种新型高效的超级电容器产品内部短路修复方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种超级电容器内部短路修复方法，包括如下步骤：

A、将检测短路的超级电容器正负极接入直流充放电电源，通过内部短路的超级电容器的正负极，以0.5～2A恒定电流对超级电容器充电0.1～10S，然后以0.5～2A恒定电流对超级电容器放电0.1～10S；重复本步骤的充放电循环1～100次，直至超级电容器短路修复；如超级电容器仍然短路则进行下一个步骤；

B、以2～10A恒定电流对超级电容器充电0.1～20S，然后以2～10A恒定电流对超级电容器放电0.1～20S；重复本步骤的充放电循环1～100次，直至超级电容器短路修复；如超级电容器仍短路则进行下一个步骤；

C、以10～50A恒定电流对超级电容器充电0.1～10S，然后以10～50A恒定电流对超级电容器放电0.1～10S；重复本步骤的充放电循环1～100次，直至超级电容器短路修复；如超级电容器仍短路则进行下一个步骤；

D、以50～300A恒定电流对超级电容器充电0.1～10S，然后以50～300A恒定电流对超级电容器放电0.1～10S；重复本步骤的充放电循环1～100次。

上述各步骤中，每单个充放电循环中的放电步骤都将充入的电量放至0，因此每单个充放电循环中的充电电流和充电时间可以与放电电流与放电时间不同，只要充入的电量与放出的电量相同即可，但为了使超级电容器在恒定的条件下处理，优选每单个充放电循环中，充电电流与放电电流相同，充电时间与放电时间相同；即步骤A中，放电电流与充电电流相同，放电时间与充电时间相同；步骤B中，放电电流与充电电流相同，放电时间与充电时间相同；步骤C中，放电电流与充电电流相同，放电时间与充电时间相同；步骤D中，放电电流与充电电流相同，放电时间与充电时间相同。

前述的内部短路的超级电容器为未注液前干态的内部短路的超级电容器半成品，或者注液后的内部短路的超级电容器成品；即本发明的方法不但可用于未注液前干态的超级电容器半成品短路修复，也可以用于注液后成品短路修复。

本发明采用短时间直流恒流充放并逐级提高电流的方法对产品进行修复，对于超级电容器极片中一些微小的金属毛刺产生的轻微短路，在第一步中通过0.5～2A较小的电流使得金属毛刺发热融化，针尖状的毛刺熔融收缩，短路位置随即断开，完成对短路产品的修复。

对于较严重的短路如较多金属毛刺、少量活性碳粉、生产过程中产生的集流体尖角以及隔膜效果较差产生的正负极直接短路，较小的电流产生的热量不足以将短路部分融化。后续步骤逐级提高充放电电流，由于通电产生的热量与电流值的平方成正比，随着电流值的逐级提高，短路位置发热量成数量级提高，可以将不同类型的较严重的短路位置烧融，完成超级电容器的修复。本发明采用逐级提高电流的方法也避免了直接采用大电流对超级电容器产生局部过热危害。

本发明采用恒定电流对超级电容器充电后随即对超级电容器进行放电操作，在短路状态下充电与放电电流同样对超级电容器起到修复作用，超级电容器修复后，进入对超级电容器的充放电循环状态，避免了单独充电状态下对超级电容器产生的过充电危害。因而该方法不但可用于未注液前干态的超级电容器半成品短路修复，也可以用于注液后成品短路的修复。

本发明有效解决了超级电容器生产过程中产生的成品及半成品短路问题，并可以直接在超级电容器化成设备进行充放电操作，无需额外增加设备，操作简便易行，大大提高了生产效率。

具体实施方式

实施例一：

取40只1.5V3000F已注入电解液的超级电容器短路产品，接入Bitrode公司产Visual-LCN充放电测试系统，并根据如下步骤编制充放电程序：

(1)将超级电容器正负极接入充放电电源正负极，然后以1A恒定电流对超级电容器充电10S，随即以1A恒定电流对超级电容器放电10S，重复以上充放电循环10次。在每个循环放电结束后，静电0.1S监测超级电容器电压，如电压大于0V则说明短路已修复，如电压等于0V则说明仍短路，进行下一个步骤。

(2)以5A恒定电流对超级电容器充电5S，随即以5A恒定电流对超级电容器放电5S。重复以上充放电循环10次，在每个循环放电结束后，静电0.1S监测超级电容器电压，如电压大于0V则说明短路已修复，如电压等于0V则说明仍短路，进行下一个步骤。

(3)以30A恒定电流对超级电容器充电5S，随即以30A恒定电流对超级电容器放电5S。重复以上充放电循环10次，在每个循环放电结束后，静电0.1S监测超级电容器电压，如电压大于0V则说明短路已修复，如电压等于0V则说明仍短路，进行下一个步骤。

(4)以100A恒定电流对超级电容器充电1S，随即以100A恒定电流对超级电容器放电1S。重复以上充放电循环10次，在每个循环放电结束后，静电0.1S监测超级电容器电压，如电压大于0V则说明短路已修复，如电压等于0V则说明仍短路，停止操作。

采用本发明修复方法对1.5V6000F超级电容器产品内部短路的修复统计如下：

修复步骤

第一步

第二步

第三步

第四步

合计

修复率

修复数量

23

7

5

3

38

95％

实施例二：

取40只1.5V80000F已注入电解液的超级电容器短路产品，接入Bitrode公司产Visual-LCN充放电测试系统，并根据如下步骤编制充放电程序：

(1)将超级电容器正负极接入充放电电源正负极，然后以1.5A恒定电流对超级电容器充电10S，随即以1.5A恒定电流对超级电容器放电10S，重复以上充放电循环50次。在每个循环放电结束后，静电0.1S监测超级电容器电压，如电压大于0V则说明短路已修复，如电压等于0V则说明仍短路，进行下一个步骤。

(2)以10A恒定电流对超级电容器充电20S，随即以10A恒定电流对超级电容器放电20S。重复以上充放电循环100次，在每个循环放电结束后，静电0.1S监测超级电容器电压，如电压大于0V则说明短路已修复，如电压等于0V则说明仍短路，进行下一个步骤。

(3)以40A恒定电流对超级电容器充电4S，随即以40A恒定电流对超级电容器放电4S。重复以上充放电循环100次，在每个循环放电结束后，静电0.1S监测超级电容器电压，如电压大于0V则说明短路已修复，如电压等于0V则说明仍短路，进行下一个步骤。

(4)以300A恒定电流对超级电容器充电0.5S，随即以300A恒定电流对超级电容器放电0.5S。重复以上充放电循环100次，在每个循环放电结束后，静电0.1S监测超级电容器电压，如电压大于0V则说明短路已修复，如电压等于0V则说明仍短路，停止操作。

采用本发明修复方法对1.5V80000F超级电容器产品内部短路的修复统计如下：

修复步骤

第一步

第二步

第三步

第四步

合计

修复率

修复数量

17

8

6

5

36

90％

实施例三：

取40只1.5V3000F未注液前干态的超级电容器半成品短路产品，接入Bitrode公司产Visual-LCN充放电测试系统，并根据如下步骤编制充放电程序：

(1)将超级电容器正负极接入充放电电源正负极，然后以0.5A恒定电流对超级电容器充电10S，随即以0.5A恒定电流对超级电容器放电10S，重复以上充放电循环5次。由于完成修复的超级电容器半成品正负极由短路变为断路状态，即电流值为0，如充放电过程中电流值变为为0则说明短路已修复，如该步骤循环结束后仍未修复则进行下一个步骤。

(2)以2A恒定电流对超级电容器充电10S，随即以2A恒定电流对超级电容器放电10S。重复以上充放电循环50次。如充放电过程中电流值变为为0则说明短路已修复，如该步骤循环结束后仍未修复则进行下一个步骤。

(3)以20A恒定电流对超级电容器充电2S，随即以20A恒定电流对超级电容器放电1S。重复以上充放电循环50次。如充放电过程中电流值变为为0则说明短路已修复，如该步骤循环结束后仍未修复则进行下一个步骤。

(4)以100A恒定电流对超级电容器充电0.5S，随即以100A恒定电流对超级电容器放电0.5S。重复以上充放电循环30次。如充放电过程中电流值变为为0则说明短路已修复，如该步骤循环结束后仍未修复则停止操作。

采用本发明修复方法对1.5V6000F未注液前干态的超级电容器半成品内部短路的修复统计如下：

修复步骤

第一步

第二步

第三步

第四步

合计

修复率

修复数量

24

7

6

2

39

97.5％

实施例四：

取40只2.7V2200F未注液前干态的有机型超级电容器半成品短路产品，接入Bitrode公司产Visual-LCN充放电测试系统，并根据如下步骤编制充放电程序：

(1)将超级电容器正负极接入充放电电源正负极，然后以0.5A恒定电流对超级电容器充电5S，随即以0.5A恒定电流对超级电容器放电5S，重复以上充放电循环50次。由于完成修复的超级电容器半成品正负极由短路变为断路状态，即电流值为0，如充放电过程中电流值变为为0则说明短路已修复，如该步骤循环结束后仍未修复则进行下一个步骤。

(2)以3A恒定电流对超级电容器充电5S，随即以3A恒定电流对超级电容器放电5S。重复以上充放电循环50次。如充放电过程中电流值变为为0则说明短路已修复，如该步骤循环结束后仍未修复则进行下一个步骤。

(3)以20A恒定电流对超级电容器充电2S，随即以20A恒定电流对超级电容器放电2S。重复以上充放电循环20次。如充放电过程中电流值变为为0则说明短路已修复，如该步骤循环结束后仍未修复则进行下一个步骤。

(4)以80A恒定电流对超级电容器充电1S，随即以80A恒定电流对超级电容器放电1S。重复以上充放电循环10次。如充放电过程中电流值变为为0则说明短路已修复，如该步骤循环结束后仍未修复则停止操作。

采用本发明修复方法对2.7V2200F未注液前干态的超级电容器半成品内部短路的修复统计如下：

修复步骤

第一步

第二步

第三步

第四步

合计

修复率

修复数量

27

8

3

1

39

97.5％

Claims (6)

1.一种超级电容器内部短路修复方法，其特征在于包括如下步骤：

A、通过内部短路的超级电容器的正负极，以0.5～2A恒定电流对超级电容器充电0.1～10s，然后以0.5～2A恒定电流对超级电容器放电0.1～10s；重复本步骤的充放电循环1～100次，直至超级电容器短路修复；如超级电容器仍然短路则进行下一个步骤；

B、以2～10A恒定电流对超级电容器充电0.1～20s，然后以2～10A恒定电流对超级电容器放电0.1～20s；重复本步骤的充放电循环1～100次，直至超级电容器短路修复；如超级电容器仍短路则进行下一个步骤；

C、以10～50A恒定电流对超级电容器充电0.1～10s，然后以10～50A恒定电流对超级电容器放电0.1～10s；重复本步骤的充放电循环1～100次，直至超级电容器短路修复；如超级电容器仍短路则进行下一个步骤；

D、以50～300A恒定电流对超级电容器充电0.1～10s，然后以50～300A恒定电流对超级电容器放电0.1～10s；重复本步骤的充放电循环1～100次。

2.根据权利要求1所述的超级电容器内部短路修复方法，其特征在于所述的内部短路的超级电容器为未注液前干态的内部短路的超级电容器半成品，或者注液后的内部短路的超级电容器成品。

3.根据权利要求1所述的超级电容器内部短路修复方法，其特征在于步骤A中，放电电流与充电电流相同，放电时间与充电时间相同。

4.根据权利要求1所述的超级电容器内部短路修复方法，其特征在于步骤B中，放电电流与充电电流相同，放电时间与充电时间相同。

5.根据权利要求1所述的超级电容器内部短路修复方法，其特征在于步骤C中，放电电流与充电电流相同，放电时间与充电时间相同。

6.根据权利要求1所述的超级电容器内部短路修复方法，其特征在于步骤D中，放电电流与充电电流相同，放电时间与充电时间相同。