CN103606466A - 超级电容器及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容器，它的正极极片的厚度和负极极片的厚度是不相同的，正极极片的厚度范围为180μm～280μm，负极极片的厚度范围为160μm～260μm。它的制造工艺包括以下的步骤：1）资料的制备；2）在涂覆装置上制成电极；3）电极的辊压；4）极片的成型；5）电芯的成型；6）引出端子的连接；7）对电芯进行真空干燥；8）真空注液；9）安全防爆。采用以上结构和制造工艺后，正极极片的体积就大于负极极片的体积，从而大大提高了离子的活跃空间，降低对电极腐蚀的因素，保证了隔膜孔洞不被附着物堵塞，因此，提高产品的稳定性和使用寿命。

Description

超级电容器及其制造工艺

技术领域

本发明涉及电容器领域，具体讲是一种超级电容器及其制造工艺。

背景技术

超级电容器是一种电化学元件，它具有非常高的功率密度，这电池的10～100倍，适用于短时间高功率输出，充电速度快、模式简单，可以采用大电流充电，能在几十秒到数分钟内完成充电过程。充放电过程中发生的电化学反应具有良好的可逆性，低温性能优越，这是因为超级电容器充放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，容量随温度的衰减量非常小，因此，超级电容器具有功率密度高、内阻小、充电时间短及可靠性高等优势。

但是，现有技术的超级电容器，通过实验验证发现，正极离子活跃，导致涂层产生腐蚀，而腐蚀物体将逐渐附着在隔膜纸上，在长期充放电过程中将不断的延续，被腐蚀后的电极与被附着物覆盖的隔膜将无法复原，因此，产品容量或产品寿命受到制约。目前大多数的超级电容器生产厂家还是采用保守的电极生产工艺，即“正”、“负”电极片的厚度均是相同的，制成了不区分正负极的超级电容器。因此，正极离子的活跃空间受限，容易造成对电极的腐蚀，从而隔膜孔洞容易被附着物堵塞，降低产品的稳定性及寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种产品稳定性好、使用寿命长的超级电容器。

为解决上述技术问题，本发明提供的超级电容器，包括壳体、电芯、集流体、引出端子和面盖，所述的电芯位于壳体内的下部，并与集流体的一端连接，集流体的另一端通过铆钉与引出端子的下部连接，引出端子连接在面盖上并露出面盖，面盖连接在壳体的上端，所述的电芯由多片正极极片和多片负极极片相隔叠加而成；所述的正极极片的厚度和负极极片的厚度是不相同的，正极极片的厚度范围为180μm～280μm，负极极片的厚度范围为160μm～260μm。

所述的面盖上的注液孔处连接有安全防爆阀，所述的安全防爆阀包括胶塞、密封垫、弹簧和盖帽，所述的面盖上具有容置腔，容置腔的底部具有与壳体相通的通孔，容置腔的顶部具有卡口，所述的胶塞呈倒T形，其中胶塞的一端抵紧在容置腔底部的通孔处，密封垫套接在胶塞上并通过弹簧与胶塞抵紧，弹簧的另一端抵紧在盖帽上，盖帽连接在面盖上。

所述的盖帽连接在面盖上是指，所述的盖帽的外圆壁上设有至少两个向外突出的从盖帽上割开的卡条，卡条的下端与盖帽连为一体，上端抵紧在面盖上卡口处的内台阶面上。

所述的卡条的数量为三个。

采用以上的结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：由于正极极片的厚度要大于负极极片的厚度，这样，正极极片的体积就大于负极极片的体积，从而大大提高了离子的活跃空间，降低对电极腐蚀的因素，保证了隔膜孔洞不被附着物堵塞，因此，提高产品的稳定性和使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供的超级电容器的制造工艺，它包括以下的步骤：

1）资料的制备：

a、将去离子水与羟甲基纤维素粘结剂在搅拌机内高速搅拌，从而使去离子水与羟甲基纤维素粘结剂充分融合；

b、在上述的液体中加入导电炭黑进行高速搅拌，搅拌时间为30～60分钟；

c、在上述的液体中加入高比表面积活性炭进行高速搅拌，搅拌时间为30～60分钟；

d、在上述的液体中加入丁苯橡胶，此时去离子水、羟甲基纤维素粘结剂、导电炭黑、高比表面积活性炭和丁苯橡胶之间的质量比为20︰0.35︰5～7︰10～15︰1，然后进行抽真空后搅拌，搅拌时间为30～60分钟，这样形成液态浆料；

2）在涂覆装置上制成电极：

a、先涂覆装置上涂布刮刀与涂布辊之间的间隙，将上述液态浆料加入到涂覆装置的料槽内，再利用涂覆装置的收料装置带动基材，当基材通过涂布刮刀与涂布辊之间的间隙的过程中带动浆料，此时浆料涂覆在基材表面的其中一个面上，而涂布刮刀则把多余的浆料阻挡在料槽内，达到电极涂覆厚度的控制；

b、将上述步骤中得出的涂有浆料的基材在导向辊的带动下带入烘箱进行烘干除水，烘箱内的温度控制在100℃～150℃；

c、将上述步骤中得出的基材通过收料装置收卷整齐；

d、将上述收卷好的基材重复步骤a～c，将基材表面上的第二面进行浆料涂覆，此时得到电极；

e、通过以上几个步骤，将正极极片的厚度控制在180μm～280μm，负极极片的厚度控制在160μm～260μm；

3）电极的辊压：将涂覆完成的电极卷安装在辊压机的放料单元，再穿过压力辊，使用200T的压力对电极进行压制，最后进入收料单元，将压制好的电极进行收卷；

4）极片的成型：将压制过的电极卷放卷后进入冲切机进行分切，形成电极片，其中首先将电极卷分切成宽度一定的极片，然后再在每片极片上冲切出集流体；

5）电芯的成型：利用机械手进行左右运动，在正极、负极两个极片盒中吸取极片，在叠片台上交替放下极片，同时使隔膜随吸盘架左右运动将正极极片和负极极片用Z字形的叠片方式折叠成电芯；

6）引出端子的连接：

a、在正极极片的集流体和负极极片的集流体上分别冲出一个圆孔；

b、将铆钉和铝块穿过正负极极片的圆孔后与引出端子的底部连接，并且使用15T的压力把集流体铆压在引出端子上；

7）对电芯进行真空干燥：将组装成型的电芯放到密闭的真空存储罐内，该真空存储罐带有真空阀门和温度传感器，再将组装产品后的真空存储罐放入高温干燥箱内进行高温烘烤，待真空存储罐的温度达到设定温度时，对真空存储罐进行抽真空处理，使罐内真空度小于100Pa，此时在高温负压的条件下将产品的水分去除；

8）真空注液：将上述干燥后的产品装入真空注液机上，关闭注液阀后对产品进行真空处理，使真空度在0.1Pa并保持10分钟，而在此10分钟的过程中将产品所需的电解液量利用隔膜泵将电解液泵入到电解液存储罐内，关闭真空阀的阀门，开启注液阀的阀门并利用负压的原理让电解液自动吸入产品内；

9）安全防爆：在上述注液孔的位置向内加工一个容置腔，注液结束后使用胶塞盖住注液孔，再将弹簧压住胶塞，最后使用盖帽将弹簧压缩固定；此时完成超级电容器的制制作。

所述的步骤6）中的b中，集流体与引出端子的连接是指，引出端子在位于与集流体连接的一端底部具有两个带有锥角的盲孔，当铆钉进入到盲孔时产生膨胀完成铆接。

采用以上所述的制造工艺后，与现有技术相比，它具有以下的优点：通过这种工艺生产出来的产品，其正极极片厚度与负极极片厚度是不相同的，因此，提高了产品的稳定性和使用寿命。

附图说明

图1是本发明超级电容器的结构示意图。

图2是本发明中涂覆装置的结构示意图。

图3是本发明中极片成型的过程示意图。

图4是本发明中电芯成型的示意图。

图5是本发明中集流体与引出端子的连接结构示意图。

图6是本发明中电芯真空干燥装置的原理示意图。

图7是本发明中真空注液的原理示意图。

图8是本发明中安全防爆阀的结构示意图。

其中：1、面盖；2、安全防爆阀；3、集流体；4、电芯；5、壳体；6、引出端子；7、铆钉；8、料槽；9、涂布刮刀；10、涂布辊；11、基材；12、烘箱；13、电极卷；14、电极片；15、极片；16、正极极片；17、负极极片；18、隔膜；19、真空存储罐；20、干燥箱；21、电解液存储罐；22、注液阀；23、真空阀；24、容置腔；25、盖帽；26、弹簧；27、卡口；28、卡条；29、密封垫；30、胶塞；31、通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

由图1所示的本发明超级电容器的结构示意图可知，它包括壳体5、电芯4、集流体3、引出端子6和面盖1，所述的电芯4位于壳体5内的下部，并与集流体3的一端连接，集流体3的另一端通过铆钉7与引出端子6的下部连接，引出端子6连接在面盖1上并露出面盖1，面盖1连接在壳体5的上端，所述的电芯4由多片正极极片和多片负极极片相隔叠加而成。所述的正极极片的厚度和负极极片的厚度是不相同的，正极极片的厚度范围为180μm～280μm，负极极片的厚度范围为160μm～260μm。

由图8所示的本发明中安全防爆阀的结构示意图可知，所述的面盖1上的注液孔处连接有安全防爆阀2，所述的安全防爆阀2包括胶塞30、密封垫29、弹簧26和盖帽25，所述的面盖1上具有容置腔24，容置腔24的底部具有与壳体5相通的通孔31，容置腔24的顶部具有卡口27，所述的胶塞30呈倒T形，其中胶塞30的一端抵紧在容置腔24底部的通孔31处，密封垫29套接在胶塞30上并通过弹簧26与胶塞30抵紧，弹簧26的另一端抵紧在盖帽25上，盖帽25连接在面盖1上。

所述的盖帽25连接在面盖1上是指，所述的盖帽25的外圆壁上设有至少两个向外突出的从盖帽25上割开的卡条28，卡条28的下端与盖帽25连为一体，上端抵紧在面盖1上卡口27处的内台阶面上。本实施例中，所述的卡条28的数量为三个。

一种超级电容器的制造工艺，它包括以下的步骤：

1）资料的制备：

a、将去离子水与羟甲基纤维素粘结剂在搅拌机内高速搅拌，从而使去离子水与羟甲基纤维素粘结剂充分融合；

b、在上述的液体中加入导电炭黑进行高速搅拌，搅拌时间为30～60分钟；

c、在上述的液体中加入高比表面积活性炭进行高速搅拌，搅拌时间为30～60分钟；

d、在上述的液体中加入丁苯橡胶，此时去离子水、羟甲基纤维素粘结剂、导电炭黑、高比表面积活性炭和丁苯橡胶之间的质量比为20︰0.35︰5～7︰10～15︰1，然后进行抽真空后搅拌，搅拌时间为30～60分钟，这样形成液态浆料；

2）在涂覆装置上制成电极，由图2所示的本发明中涂覆装置的结构示意图可知：

a、先涂覆装置上涂布刮刀9与涂布辊10之间的间隙，将上述液态浆料加入到涂覆装置的料槽8内，再利用涂覆装置的收料装置带动基材11，当基材11通过涂布刮刀9与涂布辊10之间的间隙的过程中带动浆料，此时浆料涂覆在基材10表面的其中一个面上，而涂布刮刀9则把多余的浆料阻挡在料槽8内，达到电极涂覆厚度的控制；

b、将上述步骤中得出的涂有浆料的基材11在导向辊的带动下带入烘箱12进行烘干除水，烘箱12内的温度控制在100℃～150℃；

c、将上述步骤中得出的基材11通过收料装置收卷整齐；

d、将上述收卷好的基材重复步骤a～c，将基材11表面上的第二面进行浆料涂覆，此时得到电极；

e、通过以上几个步骤，将正极极片16的厚度控制在180μm～280μm，负极极片17的厚度控制在160μm～260μm；

3）电极的辊压：将涂覆完成的电极卷13安装在辊压机的放料单元，再穿过压力辊，使用200T的压力对电极进行压制，最后进入收料单元，将压制好的电极进行收卷；

4）极片的成型，由图3所示的本发明中极片成型的过程示意图可知：将压制过的电极卷13放卷后进入冲切机进行分切，形成电极片14，其中首先将电极卷13分切成宽度一定的极片15，然后再在每片极片15上冲切出集流体3；

5）电芯的成型，由图4所示的本发明中电芯成型的示意图可知：利用机械手进行左右运动，在正极、负极两个极片盒中吸取极片，在叠片台上交替放下极片，同时使隔膜18随吸盘架左右运动将正极极片16和负极极片17用Z字形的叠片方式折叠成电芯4；

6）引出端子的连接，由图5所示的本发明中集流体与引出端子的连接结构示意图可知：

a、在正极极片17的集流体和负极极片17的集流体上分别冲出一个圆孔；

b、将铆钉7和铝块穿过正负极极片的圆孔后与引出端子6的底部连接，并且使用15T的压力把集流体3铆压在引出端子6上；

7）对电芯进行真空干燥，由图6所示的本发明中电芯真空干燥装置的原理示意图可知：将组装成型的电芯4放到密闭的真空存储罐19内，该真空存储罐19带有真空阀门和温度传感器，再将组装产品后的真空存储罐19放入高温干燥箱20内进行高温烘烤，待真空存储罐19的温度达到设定温度时，对真空存储罐19进行抽真空处理，使罐内真空度小于100Pa，此时在高温负压的条件下将产品的水分去除；

8）真空注液，由图7所示的本发明中真空注液的原理示意图可知：将上述干燥后的产品装入真空注液机上，关闭注液阀22后对产品进行真空处理，使真空度在0.1Pa并保持10分钟，而在此10分钟的过程中将产品所需的电解液量利用隔膜泵将电解液泵入到电解液存储罐21内，关闭真空阀23的阀门，开启注液阀22的阀门并利用负压的原理让电解液自动吸入产品内；

9）安全防爆，由图8所示的本发明中安全防爆阀的结构示意图可知：在上述注液孔的位置向内加工一个容置腔24，注液结束后使用胶塞30盖住注液孔，再将弹簧26压住胶塞30，最后使用盖帽25将弹簧26压缩固定；此时完成超级电容器的制制作。

所述的步骤6）中的b中，集流体3与引出端子6的连接是指，引出端子6在位于与集流体3连接的一端底部具有两个带有锥角的盲孔，当铆钉7进入到盲孔时产生膨胀完成铆接。

Claims (6)

1.一种超级电容器，包括壳体（5）、电芯（4）、集流体（3）、引出端子（6）和面盖（1），所述的电芯（4）位于壳体（5）内的下部，并与集流体（3）的一端连接，集流体（3）的另一端通过铆钉（7）与引出端子（6）的下部连接，引出端子（6）连接在面盖（1）上并露出面盖（1），面盖（1）连接在壳体（5）的上端，所述的电芯（4）由多片正极极片和多片负极极片相隔叠加而成；其特征在于：所述的正极极片的厚度和负极极片的厚度是不相同的，正极极片的厚度范围为180μm～280μm，负极极片的厚度范围为160μm～260μm。

2.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于：所述的面盖（1）上的注液孔处连接有安全防爆阀（2），所述的安全防爆阀（2）包括胶塞（30）、密封垫（29）、弹簧（26）和盖帽（25），所述的面盖（1）上具有容置腔（24），容置腔（24）的底部具有与壳体（5）相通的通孔（31），容置腔（24）的顶部具有卡口（27），所述的胶塞（30）呈倒T形，其中胶塞（30）的一端抵紧在容置腔（24）底部的通孔（31）处，密封垫（29）套接在胶塞（30）上并通过弹簧（26）与胶塞（30）抵紧，弹簧（26）的另一端抵紧在盖帽（25）上，盖帽（25）连接在面盖（1）上。

3.根据权利要求2所述的超级电容器，其特征在于：所述的盖帽（25）连接在面盖（1）上是指，所述的盖帽（25）的外圆壁上设有至少两个向外突出的从盖帽（25）上割开的卡条（28），卡条（28）的下端与盖帽（25）连为一体，上端抵紧在面盖（1）上卡口（27）处的内台阶面上。

4.根据权利要求3所述的超级电容器，其特征在于：所述的卡条（28）的数量为三个。

5.一种超级电容器的制造工艺，其特征在于：它包括以下的步骤：

1）资料的制备：

a、将去离子水与羟甲基纤维素粘结剂在搅拌机内高速搅拌，从而使去离子水与羟甲基纤维素粘结剂充分融合；

b、在上述的液体中加入导电炭黑进行高速搅拌，搅拌时间为30～60分钟；

c、在上述的液体中加入高比表面积活性炭进行高速搅拌，搅拌时间为30～60分钟；

d、在上述的液体中加入丁苯橡胶，此时去离子水、羟甲基纤维素粘结剂、导电炭黑、高比表面积活性炭和丁苯橡胶之间的质量比为20︰0.35︰5～7︰10～15︰1，然后进行抽真空后搅拌，搅拌时间为30～60分钟，这样形成液态浆料；

2）在涂覆装置上制成电极：

a、先涂覆装置上涂布刮刀（9）与涂布辊（10）之间的间隙，将上述液态浆料加入到涂覆装置的料槽（8）内，再利用涂覆装置的收料装置带动基材（11），当基材（11）通过涂布刮刀（9）与涂布辊（10）之间的间隙的过程中带动浆料，此时浆料涂覆在基材（10）表面的其中一个面上，而涂布刮刀（9）则把多余的浆料阻挡在料槽（8）内，达到电极涂覆厚度的控制；

b、将上述步骤中得出的涂有浆料的基材（11）在导向辊的带动下带入烘箱（12）进行烘干除水，烘箱（12）内的温度控制在100℃～150℃；

c、将上述步骤中得出的基材（11）通过收料装置收卷整齐；

d、将上述收卷好的基材重复步骤a～c，将基材（11）表面上的第二面进行浆料涂覆，此时得到电极；

e、通过以上几个步骤，将正极极片（16）的厚度控制在180μm～280μm，负极极片（17）的厚度控制在160μm～260μm；

3）电极的辊压：将涂覆完成的电极卷（13）安装在辊压机的放料单元，再穿过压力辊，使用200T的压力对电极进行压制，最后进入收料单元，将压制好的电极进行收卷；

4）极片的成型：将压制过的电极卷（13）放卷后进入冲切机进行分切，形成电极片（14），其中首先将电极卷（13）分切成宽度一定的极片（15），然后再在每片极片（15）上冲切出集流体（3）；

5）电芯的成型：利用机械手进行左右运动，在正极、负极两个极片盒中吸取极片，在叠片台上交替放下极片，同时使隔膜（18）随吸盘架左右运动将正极极片（16）和负极极片（17）用Z字形的叠片方式折叠成电芯（4）；

6）引出端子的连接：

a、在正极极片（17）的集流体和负极极片（17）的集流体上分别冲出一个圆孔；

b、将铆钉（7）和铝块穿过正负极极片的圆孔后与引出端子（6）的底部连接，并且使用15T的压力把集流体（3）铆压在引出端子（6）上；

7）对电芯进行真空干燥：将组装成型的电芯（4）放到密闭的真空存储罐（19）内，该真空存储罐（19）带有真空阀门和温度传感器，再将组装产品后的真空存储罐（19）放入高温干燥箱（20）内进行高温烘烤，待真空存储罐（19）的温度达到设定温度时，对真空存储罐（19）进行抽真空处理，使罐内真空度小于100Pa，此时在高温负压的条件下将产品的水分去除；

8）真空注液：将上述干燥后的产品装入真空注液机上，关闭注液阀（22）后对产品进行真空处理，使真空度在0.1Pa并保持10分钟，而在此10分钟的过程中将产品所需的电解液量利用隔膜泵将电解液泵入到电解液存储罐（21）内，关闭真空阀（23）的阀门，开启注液阀（22）的阀门并利用负压的原理让电解液自动吸入产品内；

9）安全防爆：在上述注液孔的位置向内加工一个容置腔（24），注液结束后使用胶塞（30）盖住注液孔，再将弹簧（26）压住胶塞（30），最后使用盖帽（25）将弹簧（26）压缩固定；此时完成超级电容器的制制作。

6.根据权利要求5所述的超级电容器的制造工艺，其特征在于：所述的步骤6）中的b中，集流体（3）与引出端子（6）的连接是指，引出端子（6）在位于与集流体（3）连接的一端底部具有两个带有锥角的盲孔，当铆钉（7）进入到盲孔时产生膨胀完成铆接。

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