CN102074362A - 一种高能比超级电容器 - Google Patents

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Abstract

一种高能比超级电容器，电芯正极片是在铝网或铝箔上涂敷电极材料，电芯负极片是在铜网或铜箔或不锈钢网或不锈钢箔或镍网或镍箔上涂敷电极材料，电芯是由负极片、隔膜与正极片依次错位放置卷绕而成。电芯置入铝壳罐体内，正极片顶端与铝壳罐体底部相连接，在铝壳罐体顶端外周置有绝缘膜，在绝缘膜外，用与电芯负极片的集电材料相同的金属材料的金属封盖封装铝壳罐体，负极片顶端与金属封盖相连接，在铝壳罐体和金属封盖上装有正极和负极接线柱。本发明的电极极耳连接可靠，满足大电流电容的要求，所采用的集电材料组合可以满足大于2.5伏的高电压电容的要求。电芯的正极片与负极片错位卷绕方式可以满足高能比电容的要求。

Description

一种高能比超级电容器
技术领域
本发明涉及一种电子元件，具体说涉及一种高能比超级电容器。
背景技术
超级电容器(supercapacitors), 也称电化学电容器(electrochemical capacitors), 双电层电容器、（黄）金电容器、储能电容或法拉电容，是近年来随着材料科学的突破而出现的新型功率型电子元器件。具有高的比功率和长的循环寿命, 能瞬间大电流充放电, 同时还具有安全可靠、适用范围宽的特点，因而在许多场合具有独特的应用优势。超级电容器可用作电脑、录相机、计时器等的备用电源, 也可用于需用连发、强流脉冲电能的高科技领域及太阳能等领域。然而, 超级电容器最令人瞩目的应用还属正在蓬勃发展的电动汽车上（特别是电动汽车、混合燃料汽车和特殊载重车辆）、铁路、通讯、消费性电子产品、电力等方面。 将超级电容器与二次电池或燃料电池并联组成复式电源可满足电动汽车启动、爬坡时的峰功率需求,车辆下坡、刹车时又可作为回收能量的蓄能器, 因此近年来引起了广泛的关注。
超级电容真正的发展是从八十年代开始的，最早出现的是小容量低功率备份电源双电层超级电容器。随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到了稳定和提高，到了九十年代末开始进入大容量高功率型超级电容的全面产业化发展时期。这一产品不断得到市场的认知，市场的拓展也在成几何倍数增长。因为它具有多种优良的性能而得到广泛的应用，尤其是在一些工业国家，如美国、日本、俄罗斯等。俄罗斯拥有水性高功率型双电层超级电容器制作的最高技术，ECOND公司的串联高压型双电层超级电容是典型代表，目前还有ELIT、ESMA等公司生产水性体系双电层超级电容器。日本一直在大力研究双电层超级电容器，最早的小容量双电层超级电容器的典型代表是日本的松下公司，应用重点在储备电源等民用领域，主要厂商有Panasonic, ELNA, NEC-Tokin等。在技术上日本的小容量储备型电容器产品最为成熟，目前已经得到了广泛的应用。韩国自1998年起进行大容量高功率型双电层超级电容器产业化工作，2001年已经进入了生产应用阶段，其发展以NESS公司为典型代表。目前，制约超级电容应用的瓶颈主要是超级电容的能量密度（即单位重量所存储的电能 wh/kg）偏低。国际上主要的二次电池的能量密度和超级电容的能量密度对比如下：
铅电池：20wh/kg；
镉镍，镍氢电池：20-60 wh/kg；
锂电池：120-140 wh/kg；
超级电容：1-5 wh/kg。
以上可以看出：超级电容能量密度和二次电池相比很低。如何提高能量密度以满足超级电容作为储能器件的需要是超级电容发展的重要课题。
超级电容器一般采用铝壳或不锈钢壳进行封装，即铝壳的超级电容器采用铝壳为容器，由集电材料铝箔上涂敷了电极材料的正负极，隔膜,电解液组成电芯, 电芯不和铝壳电气相连，电芯正负极和封口盖上的正负电极相连而引出，封口盖一般由橡胶密封材料组成，铝壳和封口盖在铝壳沟槽上机械密封，如图1所示。
而不锈钢壳的超级电容器采用不锈钢壳为容器，由集电材料铝箔上涂敷了电极材料的正负极，隔膜,电解液组成的电芯不和不锈钢电气相连，电芯正负极和封口盖上的正负电极相连而引出，封口盖一般也由不锈钢材料组成，封口盖和正负电极间有橡胶、塑料等绝缘。不锈钢壳和不锈钢封口盖通过激光等焊接密封，如图2所示。
以上封装方法简单易行，但是，涉及到复杂的电极极耳引出问题，生产效率低。特别是无法满足高电压、大电流、高能比电容的要求。
发明内容
针对现有高能比电容存在的缺陷，本发明提供一种电极极耳连接可靠，满足高电压、大电流、高能比电容的要求的高能比超级电容器。
解决上述技术问题所采取的具体技术措施是：一种高能比超级电容器，包括电极材料及电解液，其特征是：电芯正极片3是在集电材料铝网或铝箔上完全涂敷或边缘部分不涂敷电极材料，电芯负极片4是在集电材料铜网或铜箔或不锈钢网或不锈钢箔或镍网或镍箔上完全涂敷电极材料或边缘部分不涂敷电极材料，电芯2的卷绕是在负极片4上错位置有隔膜5，在隔膜5上依次错位置有正极片3，卷绕成电芯2，将电芯2置入铝壳罐体1内，正极片3的集电材料顶端与铝壳罐体1底部相连接，在铝壳罐体1内加入电解液，在铝壳罐体1顶端外周置有绝缘膜7，在绝缘膜7外，用与电芯负极片4的集电材料相同的金属材料的金属封盖6封装铝壳罐体1，负极片4的集电材料顶端与金属封盖6相连接，在电芯正极片3一端的铝壳罐体1上装有正极接线柱8，在电芯负极片4一端的金属封盖6上装有负极接线柱9。
本发明的有益效果：本发明提供了一种可靠的电极极耳连接方法，可以满足大电流电容的要求，所采用的集电材料组合可以满足大于2.5伏的高电压电容的要求。电芯的正极片与负极片错位卷绕方式可以满足高能比电容的要求。
附图说明
图1是现有一种机械密封超级电容结构示意图；
图2是现有另一种钢壳超级电容结构示意图；
图3是本发明结构示意图；
图4是图3中电芯结构示意图；
图5是图3中焊接位置示意图。
具体实施方式
结合附图详细说明本发明的结构。
实施例1：
一种高能比超级电容器，如图3所示，采用BET比表面积为1200平方米/克的多孔碳原料制成的电极材料完全涂敷在铝箔上制成正极片3，在铜箔上完全涂敷上述电极材料制成负极片4，在负极片4上置有隔膜5，隔膜使用上海世龙公司0.1mm隔膜，在隔膜5上错位放置正极片3，卷绕成电芯2，如图4所示，将电芯2置入铝壳罐体1内，正极片3与铝壳罐体1底部用激光焊接相连接，在铝壳罐体1内加入电解液，电解液使用1M氟硼酸四丁基胺（Et4NBF4）/PC，EC有机溶液，铝壳罐体1顶端置有绝缘膜7，绝缘膜为聚四氟乙烯膜（PTFE）或硅橡胶膜或丁晴橡胶膜或丁苯橡胶膜或聚丙烯膜（PP）聚乙烯膜（PE）聚偏氟乙烯膜（PVDF）或它们的组合膜片进行绝缘密封。用铜制成金属封盖6置于铝壳罐体1上，铝壳罐体1和铜金属封盖6用五封卷边封装，正极片3与铝壳罐体1底部用激光焊接相连接，负极片4与铜金属封盖6用激光焊接相连接，如图5所示。在电容电芯正极片3端的铝壳罐体1上装有正极接线柱8，在电容电芯负极片4端的金属封盖6上装有负极接线柱9。得到2400F3.9V的高能比超级电容器，能量密度是松下公司MGC金电容产品的2.8倍。
实施例2： 
采用BET比表面积为2300平方米/克多孔碳原料。导电剂原料使用ECB型高导电碳黑，平均粒度30-40纳米。原料经反复高能辊压，得到微观构造均一的高能比超级电容电极材料。电极材料在铝网上涂敷时边缘5mm～10mm不涂电极材料，制成正极片3，在不锈钢网上涂敷时边缘5mm～10mm不涂敷上述电极材料制成负极片4，以下按实施例1方法卷绕成电芯2，将电芯2置入铝壳罐体1内，正极片3与铝壳罐体1底部用激光焊接相连接，在铝壳罐体内加入与实施例相同的电解液，按实施例1方法用不锈钢金属封盖6封装铝壳罐体1，负极片与不锈钢金属封盖6用激光焊接相连接，同实施例1安装正极和负极接线柱。使用这种方法组装成50125型高能比超级电容器，隔膜使用进口0.1毫米ES隔膜，电解液使用深圳314有机电解液，可以得到3000F4V的超级电容器，能量密度是松下公司MGC金电容产品的3.2倍。

Claims (1)

1.一种高能比超级电容器，包括电极材料及电解液，其特征是：电芯正极片（3）是在集电材料铝网或铝箔上完全涂敷或边缘部分不涂敷电极材料，电芯负极片（4）是在集电材料铜网或铜箔或不锈钢网或不锈钢箔或镍网或镍箔上完全涂敷电极材料或边缘部分不涂敷电极材料，电芯（2）的卷绕是在负极片（4）上错位置有隔膜（5），在隔膜（5）上依次错位置有正极片（3），卷绕成电芯（2），将电芯（2）置入铝壳罐体（1）内，正极片（3）的集电材料顶端与铝壳罐体（1）底部相连接，在铝壳罐体（1）内加入电解液，在铝壳罐体（1）顶端外周置有绝缘膜（7），在绝缘膜（7）外，用与电芯负极片（4）的集电材料相同的金属材料的金属封盖（6）封装铝壳罐体（1），负极片（4）的集电材料顶端与金属封盖（6）相连接，在电芯正极片（3）一端的铝壳罐体（1）上装有正极接线柱（8），在电芯负极片（4）一端的金属封盖（6）上装有负极接线柱（9）。
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