CN103021658A - 新型超级陶瓷电容器 - Google Patents

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肖谧
钟小荣
丁华明
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开了一种新型超级陶瓷电容器，其电路板为设置有一对叉指形电极的印刷电路板，或者是设置有一对双螺旋形电极的印刷电路板；每个MLC通过焊接方式分别跨接到印刷电路板上的两个叉指形电极或者双螺旋形电极上，构成单层的MLC阵列平面结构；采用螺栓将多个单层的MLC阵列平面结构的印刷电路板叠加在一起，通过在相邻的单层MLC阵列的对应电极间焊接导线，实现了层与层之间的并联结构，制得超级陶瓷电容器。本发明组装简易，制备工艺简单，实现了超级陶瓷电容器的便捷检查和维修。

Description

新型超级陶瓷电容器
技术领域
本发明是关于电子元器件的，特别涉及一种用于电动汽车的新型超级陶瓷电容器。
背景技术
受制于石油资源储量和环保压力，近年各国都在大力发展电动汽车。由于电动汽车对电池的比功率密度、比能量密度、充放电时间、循环寿命、价格以及安全性等方面都有较高的要求，而传统的电池一般存在局限性，难以满足电动汽车运行的需要。寻求各方面性能优异、价格适中的新电池成为多年来科学家和企业一直探索研究的对象，具备快速充电、放电率低、可靠性高、工作温度范围广等特点的超级陶瓷电容器也成为各方关注的焦点。
超级陶瓷电容器的基本原理是首先制备出具有超高介电常数的陶瓷介质，目前此类材料主要通过钛酸钡基陶瓷进行表面改性来制备；然后以此陶瓷介质为基础，制备出具有高比容的多层陶瓷电容器（MLC）。再将多个MLC以并联的方式组装在一起构成一个单层MLC阵列，再将多个单层电容器阵列按一定方式组装在一起构成三维结构，即形成陶瓷超级电容器。美国EEStor公司在超级陶瓷电容器领域进行了多年深入研究，2004年5月，该公司就声称已制造出一种成本价格是铅酸电池的一半、能量密度是铅酸电池的10倍、可反复充电100万次以上的超级电容器。这种电池的能量密度有390Wh/kg，可以在0.033m3的电容器上储存至少52.22kW.h的电能。此外，这种超级陶瓷电容器还具备快速充电、放电率低、可靠性高、工作温度范围广等特点。
在2004年和2006年EEStor公司提交的美国专利US 2004/0071944A1和US2006/0210779A1中，介绍了该公司设计的超级陶瓷电容器结构，如图1～图3所示。图1为单独的MLC的截面图，可以MLC生产线上制备。图2为将多个MLC组合在一起构成的单层MLC阵列。在这个阵列中，所有的MLC均竖直排列，然后用两个公共的电极极板将这些MLC的两个端电极分别焊接在一起，形成这些MLC的并联结构。图3是将多个单层MLC阵列组装到一起的连接方式，这种连接方式，又形成了多个单层MLC阵列的并联。如果单独的MLC具有较高的比电容，这样一种多级并联结构最终就可在较小的空间中实现非常高的电容量。
但实际上，这种结构的组装难度相当大。这主要表现在单层MLC阵列的焊接上。由于在MLC阵列中，MLC最终是被上下两个平板电极包夹在了中间，这就导致处于中心的MLC在与上下电极实现电连接时具有较大的难度。而且，在使用过程中如果有某个MLC失效，其检查、拆解的难度也较高。
发明内容
本发明的目的，是克服现有技术的缺点和不足，提供一种维修和检查便捷、简易组装的新型结构的超级陶瓷电容器。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种新型超级陶瓷电容器，包括电路板、多层陶瓷电容器，简称MLC、以及连接电极；其特征在于，所述电路板为设置有一对叉指形电极的印刷电路板，或者是设置有一对双螺旋形电极的印刷电路板；每个MLC通过焊接方式分别跨接到印刷电路板上的两个叉指形电极或者双螺旋形电极上，构成单层的MLC阵列平面结构；所述印刷电路板的每个电极上设置有通孔，采用螺栓通过上述通孔将多个单层的MLC阵列平面结构的印刷电路板叠加在一起，并在相邻的单层MLC阵列的对应电极之间焊接导线，实现层与层之间的并联结构，从而实现超级陶瓷电容器。
所述多层陶瓷电容器为高比容多层陶瓷电容器。
所述每片印刷电路板的电极上设置通孔的典型值为4～6个。
所述新型超级陶瓷电容器所叠加的单层MLC阵列平面结构的印刷电路板为2层以上。
本发明的有益效果，是实现了超级陶瓷电容器的便捷检查和维修，具有组装简易、制备工艺简单的特点。
附图说明
图1是现有技术的独的MLC的截面图；
图2是多个图1的MLC组合在一起的单层MLC阵列示意图；
图3是多个图2的单层MLC阵列组装到一起的结构示意图；
图4是本发明具有叉指形电极的印刷电路板；
图5是具有单层的叉指形电极MLC阵列平面结构示意图；
图6是本发明具有双螺旋形电极的印刷电路板；
图7是具有单层的双螺旋形电极MLC阵列平面结构示意图；
图8是具有2个单层MLC阵列结构的组装示意图；
图9是具有多个单层MLC阵列结构的组装示意图。
具体实施方式
本发明采用常规生产工艺制备新型超级陶瓷电容器。
如图4所示，本发明的新型超级陶瓷电容器结构中，包括具有一对叉指形电极的印刷电路板，以及焊接于叉指形电极之间的多层陶瓷电容器（MLC），所述多层陶瓷电容器为高比容多层陶瓷电容器；焊接了MLC后的印刷电路板即构成了单层MLC阵列平面结构，如图5所示。在图4中，深色区域即为一对叉指形电极。在焊接MLC时，每个MLC都分别跨接到两个叉指形电极上，形成MLC的并联结构。与美国EEStor公司的方案相比，本发明所提出的结构是一平面结构，所有MLC都位于表面，可以很方便地通过表面贴装技术完成MLC的焊接工作；而且，此结构也非常有利于元件的检修以及MLC的替换。
图6给出了另外一种单层MLC阵列结构，在这种结构中，用于焊接MLC的电极呈双螺旋形结构，每个MLC都分别跨接在两根螺旋形电极上，构成了另一种单层MLC阵列平面结构，如图7所示。
由图4～图7中可以看到，在单层MLC阵列的每个电极的上都设置有通孔，每个印刷电路板的一对电极上根据需要设置一定数量的通孔；多个单层MLC阵列通过螺栓经过这些通孔而叠加在一起，然后在相邻层的对应电极之间焊接导线，从而在层与层之间形成并联结构，得到新型超级陶瓷电容器，如图8、图9所示。在图8中，给出了一个2层阵列的组装示意图，两边通过螺栓和螺母组装到了一起，螺栓和螺母起到连接固定作用，同时还可起到层与层的分隔作用，避免了因螺栓的紧固而使MLC受到挤压。在图9中，是将多个单层MLC阵列通过螺栓经不同的通孔连接到一起，并通过焊接导线实现电连接后，获得更大容量的超级陶瓷电容器，层的数目可由需要实现的电容量来确定。

Claims (4)

1.一种新型超级陶瓷电容器，包括电路板、多层陶瓷电容器，简称MLC、以及连接电极；其特征在于，所述电路板为设置有一对叉指形电极的印刷电路板，或者是设置有一对双螺旋形电极的印刷电路板；每个MLC通过焊接方式分别跨接到印刷电路板上的两个叉指形电极或者双螺旋形电极上，构成单层的MLC阵列平面结构；所述印刷电路板的每个电极上设置有通孔，采用螺栓通过上述通孔将多个单层的MLC阵列平面结构的印刷电路板叠加在一起，并在相邻的单层MLC阵列的对应电极之间焊接导线，实现层与层之间的并联结构，从而实现超级陶瓷电容器。
2.根据权利要求1的新型超级陶瓷电容器，其特征在于，所述多层陶瓷电容器为高比容多层陶瓷电容器。
3.根据权利要求1的新型超级陶瓷电容器，其特征在于，所述每片印刷电路板的电极上设置通孔的典型值为4～6个。
4.根据权利要求1的新型超级陶瓷电容器，其特征在于，所述新型超级陶瓷电容器所叠加的单层MLC阵列平面结构的印刷电路板为2层以上。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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