CN104008898A - 一种超级电容器的老化工艺及老化用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超级电容器制备领域，具体涉及一种超级电容器的老化工艺及老化用装置。该方法包括注液、封口和高温老化，在封口前先对超级电容器进行预老化，预老化具体包括以下步骤：（1）将注液后的超级电容器的正负极分别与直流充放电电源的正负极相连；（2）将充放电电源的电流调至50-200A，然后在此电流范围内对超级电容器进行充电；（3）将超级电容器充电至1.3-2.7V，充电完成后，进行恒电流放电；（4）重复步骤（2）到（3）的充放电循环2-4次；（5）将多次充放电后的超级电容器用于封口。该方法能够排除超级电容器制造过程中的水分，避免水分对超级电容器的影响，从而提高了超级电容器的使用寿命。

Description

一种超级电容器的老化工艺及老化用装置

技术领域

本发明涉及超级电容器制备领域，具体涉及一种超级电容器的老化工艺及老化用装置。

背景技术

目前，超级电容器备受瞩目的性能包括：循环寿命长、功率密度大、环境友好。其中，超级电容器循环寿命较电池长约数百倍。但由于超级电容器电极主要为活性炭材料，具有极强的吸附性，在生产过程中不能完全去除电极内部的水分。在使用过程中会电离出氧气，使得超级电容器内部电极材料氧化、隔膜纸老化，最终造成超级电容器失效。即在超级电容器内部发生了不可逆的化学反应。若可以阻止或延缓这些反应的发生，那对超级电容器的性能或者寿命都是不无裨益的。

目前采用常规老化工艺来实现稳定超级电容器容量及产品性能。即一方面使电解液得到更好的浸润，另一方面使正负极活性物质中的某些活跃成分通过一定的反应失活，使超级电容器的性能表现的更加稳定。但是目前常规老化工艺是在对超级电容器封口之后进行，那么即使老化过程中超级电容器内部残余水分发生电离，产生的气体也无法逸出。电离产生的氧气会促使超级电容器碳电极材料发生氧化，即发生不可逆的化学反应，最终影响超级电容器的寿命及各种关键性能。因此，设计一种新型老化工艺方法确保超级电容器生产过程中的残余水分分解，延长其使用寿命迫在眉睫。只有对超级电容器内的残余水分进行合理的处理，才能提高超级电容器产品性能，而目前并没有相关的解决办法。

同时，也为了能够更好的对超级电容器进行老化工艺操作，就需要一个简单可靠的超级电容器老化工装，而目前缺少这样的简单有效的工具。

一个申请号为201220564012.3的实用新型专利公开了一种超级电容器老化处理夹具，具有框架，框架的两侧长框边上分别设有正极座和负极座，正极座的内侧设有正极支架，在正极座的每个安装孔内嵌有一铜套，每个铜套中动连接一正极铜杆，正极铜杆上（前端）且处于正极座和正极支架之间设有弹簧，正极铜杆的末端伸出正极座，所有正极铜杆的末端均与正极铜线连接，负极座的内侧面设有负极铜条，负极铜条的内侧面设有和负极座固定连接的负极支架，每个负极座的安装孔内设有螺栓，每一螺栓穿过负极铜条上对应的通孔连接一负极铜柱，负极铜柱紧贴负极铜条。本夹具可以对多个超级电容器同时进行老化处理，效率高且安装和拆卸方便快捷，由于接触充分，能够满足承受大电流充放电。但是这种工具结构复杂，不利于简单化操作。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前的超级电容器在制造过程中采用的常规老化工艺不能将水分完全排除，导致残余水分分解影响超级电容器产品性能的问题，提供一种超级电容器的老化工艺及老化用装置。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种超级电容器的老化工艺，包括注液、封口和高温老化，在封口前先对超级电容器进行预老化，预老化具体包括以下步骤：

（1）将注液后的超级电容器的正负极分别与直流充放电电源的正负极相连；

（2）将充放电电源的电流调至50-200A，然后在此电流范围内对超级电容器进行充电；

（3）将超级电容器充电至1.3-2.7V，充电完成后，进行恒电流放电；

（4）重复步骤（2）到（3）的充放电循环若干次；

（5）将多次充放电后的超级电容器用于封口。

本发明的方法，主要是采用充电放电将超级电容器内的残余水分发生电解反应，在反应过程中，水分解为氢气和氧气，并排出超级电容器外，从而避免了水分对超级电容器的负面影响。此过程在干燥的环境中进行，从而避免水分对超级电容器的二次污染。

作为优选，所述预老化所处的外部环境的干燥度为≤130ppm。老化工艺处于干燥的环境中进行，能够促使电解反应的进行，避免外部环境中的水分对超级电容器的二次污染。严格的干燥度可以降低空气中的水分对超级电容器的影响，在此干燥范围内，随着干燥度的增加，老化处理的效果存在着变化。外部环境的干燥度为≤40ppm时，外部环境要求较苛刻，不利于工业化生产的进行，并且较低的干燥度并不能显著提高超级电容器的性能；外部环境的干燥度为40-70ppm时，不仅便于实际生产操作，而且在此干燥度范围内空气能够使超级电容器的性能更加稳定。因此最优化的外部环境的干燥度范围为40-70ppm。

作为优选，所述步骤（4）中重复步骤（2）到（3）的充放电循环2-4次。经过2-4次循环放电后，对超级电容器的老化效果较好，低于2次，水分去除不完全，超过4次，会带来负面影响。重复步骤（2）到（3）是为了将超级电容器内的水分去除到要求的水平，从而避免水分对超级电容器性能的影响。

作为优选，步骤（2）和步骤（3）的环境温度为25-30℃。合适的外部环境温度，避免老化工艺中的充电过程对超级电容器造成损害。

作为优选，在步骤（2）前首先用直流脉冲电源充电至1.3-1.5V，充电完成后，恒电流放电。在通过直流脉冲电源充电并放电后，能够提高超级电容器的稳定性，降低超级电容器的容量随着时间的变化而减少的程度，避免超级电容器内阻随着时间而增加。

作为优选，在步骤（4）后采用直流脉冲电源在30-35℃充电至超级电容器容量的80%，然后恒电流放电。在此条件下进行此过程的反应，可以提高超级电容器的抗衰老性，不仅可以提高超级电容器的寿命，还可以避免电容器容量随着时间的降低。

一种超级电容器老化工艺用装置，包括基座，基座上设有竖直的圆管形主体，主体侧壁开设有用于放置超级电容器的试验口，主体的顶部和底部分别设有用于连接外部电源正负极的连接片。

作为优选，主体下部侧壁开设有若干个限位孔，主体内下部设有弹簧，弹簧上方设有底座，底座侧壁下部设有与限位孔对应的限位片，限位片一端与底座固连，一端穿过限位孔伸出主体外，位于主体底部的连接片与底座相连。

作为优选，主体顶部设有顶盖，顶盖上设有排气口，主体顶部的连接片与顶盖相连。

作为优选，所述底座为圆柱形，且与主体内部相配。

通过在主体内设置一个底座，并在底座上下设置弹簧，从而可以使得底座可以随着弹簧的伸缩改变底座与主体顶部的距离，这样就可以在主体内放置不同大小的超级电容器了。同时，在将超级电容器放入主体内后，弹簧的弹力也可以将超级电容器向上压紧。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1在超级电容器常规老化工艺前增加预老化工艺，可以达到在封口之前将电容器内部多余水分分解并排出，避免水分对超级电容器因水分分解而氧化；

2可提高超级电容器的使用寿命及关键性能参数，同时可缩短常规老化工艺的时间，提高生产效率。

3防止超级电容器在使用过程中发生过多的化学反应，极大地提高了超级电容器的稳定性，并最终延长其寿命。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是高温寿命试验中容量的衰减曲线对比图；

图3是高温寿命试验中内阻的递增曲线对比图。

图中：1基座，2主体，3试验口，4连接片，5限位孔，6弹簧，7底座，8限位片，9顶盖，10排气口。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例1：

一种超级电容器的老化工艺，包括注液、封口和高温老化，在封口前先对超级电容器进行预老化，预老化具体包括以下步骤：

（1）将注液后的超级电容器的正负极分别与直流充放电电源的正负极相连；

（2）将充放电电源的电流调至50A，然后在此电流范围内对超级电容器进行充电；

（3）将超级电容器充电至2V，充电完成后，进行恒电流放电；

（4）重复步骤（2）到（3）的充放电循环4次；

（5）将多次充放电后的超级电容器用于封口。

所述预老化所处的外部环境的干燥度为130ppm，步骤（2）和步骤（3）的环境温度为25-30℃。

一种超级电容器老化工艺用工装，如图1所示，包括基座1，基座1上用螺栓固定了一个竖直的圆管形主体2，主体2侧壁剖开形成一个用于放置超级电容器的试验口3，主体2的顶部和底部分别设置了用于连接外部电源正负极的连接片4，且主体2顶部设有顶盖9，顶盖9上开设了一个用于排放老化过程中产生的气体的排气口10，主体2顶部的连接片4与顶盖9相连。主体2下部侧壁开设有三个限位孔5，限位孔5与上方的试验口3不连通，主体2内下部设置有弹簧6，弹簧6上方设置有一个与主体2内部相配的圆柱形底座7，底座7侧壁下部设有两个与限位孔5对应的限位片8，限位片8一端与底座7固连，一端穿过限位孔5伸出主体2外，位于主体2底部的连接片4也与底座7相连。

在使用时，将超级电容器由试验口3放入主体2内，然后将主体上下两个连接片与外部电源的正负极分别相连，从而对超级电容器进行老化工艺操作。

实施例2：

一种超级电容器的老化工艺，包括注液、封口和高温老化，在封口前先对超级电容器进行预老化，预老化具体包括以下步骤：

（1）将注液后的超级电容器的正负极分别与直流充放电电源的正负极相连；

（2）首先用直流脉冲电源充电至1.5V，充电完成后，恒电流放电，然后将充放电电源的电流调至100A，在此电流范围内对超级电容器进行充电；

（3）将超级电容器充电至2.7V，充电完成后，进行恒电流放电；

（4）重复步骤（2）到（3）的充放电循环2次；然后采用直流脉冲电源在30-35℃充电至超级电容器容量的80%，恒电流放电；

（5）将多次充放电后的超级电容器用于封口。

预老化所处的外部环境的干燥度为70ppm，步骤（2）和步骤（3）的环境温度为25-30℃。

所用装置与实施例1相同。

实施例3：

一种超级电容器的老化工艺，包括注液、封口和高温老化，在封口前先对超级电容器进行预老化，预老化具体包括以下步骤：

（1）将注液后的超级电容器的正负极分别与直流充放电电源的正负极相连；

（2）首先用直流脉冲电源充电至1.3V，充电完成后，恒电流放电，然后将充放电电源的电流调至200A，并在此电流范围内对超级电容器进行充电；

（3）将超级电容器充电至1.3V，充电完成后，进行恒电流放电；

（4）重复步骤（2）到（3）的充放电循环3次；然后采用直流脉冲电源在30-35℃充电至超级电容器容量的80%，并恒电流放电；

（5）将多次充放电后的超级电容器用于封口。

所述预老化所处的外部环境的干燥度为40ppm，步骤（2）和步骤（3）的环境温度为25-30℃。

所用装置与实施例1相同。

 

采用本发明的老化工艺与常规老化工艺对超级电容器的分别处理后的详细处理效果对比见图2和图3。

由图2可以看出，在高温试验中，经过本发明的老化工艺处理后的超级电容器比经过常规处理后的超级电容器容量衰减较缓；

由图3可以看出，在高温试验中，经过本发明的老化工艺处理后的超级电容器比经过常规处理后的超级电容器内阻增加较少。

因此本发明的超级电容器的老化处理工艺与现有的常规超级电容器的老化处理工艺相比，具有更多的优势。

Claims (10)

1.一种超级电容器的老化工艺，包括注液、封口和高温老化，其特征在于，在封口前先对超级电容器进行预老化，预老化具体包括以下步骤：

（1）将注液后的超级电容器的正负极分别与直流充放电电源的正负极相连；

（2）将充放电电源的电流调至50-200A，然后在此电流范围内对超级电容器进行充电；

（3）将超级电容器充电至1.3-2.7V，充电完成后，进行恒电流放电；

（4）重复步骤（2）到（3）的充放电循环若干次；

（5）将多次充放电后的超级电容器用于封口。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容器老化工艺，其特征在于，所述预老化所处的外部环境的干燥度为≤130ppm。

3.根据权利要求1所述的一种超级电容器老化工艺，其特征在于，所述步骤（4）中重复步骤（2）到（3）的充放电循环2-4次。

4.根据权利要求1所述的一种超级电容器老化工艺，其特征在于，步骤（2）和步骤（3）的环境温度为25-30℃。

5.根据权利要求1所述的一种超级电容器老化工艺，其特征在于，在步骤（2）前首先用直流脉冲电源充电至1.3-1.5V，充电完成后，恒电流放电。

6.根据权利要求1所述的一种超级电容器老化工艺，其特征在于，在步骤（4）后采用直流脉冲电源在30-35℃充电至超级电容器容量的80%，然后恒电流放电。

7.一种如权利要求1所述的一种超级电容器老化工艺用装置，其特征在于，包括基座（1），基座（1）上设有竖直的圆管形主体（2），主体（2）侧壁开设有用于放置超级电容器的试验口（3），主体（2）的顶部和底部分别设有用于连接外部电源正负极的连接片（4）。

8.根据权利要求7所述的一种超级电容器老化工艺用工装，其特征在于，主体（2）下部侧壁开设有若干个限位孔（5），主体（2）内下部设有弹簧（6），弹簧（6）上方设有底座（7），底座（7）侧壁下部设有与限位孔（5）对应的限位片（8），限位片（8）一端与底座（7）固连，一端穿过限位孔（5）伸出主体（2）外，位于主体（2）底部的连接片（4）与底座（7）相连。

9.根据权利要求7所述的一种超级电容器老化工艺用工装，其特征在于，主体（2）顶部设有顶盖（9），顶盖（9）上设有排气口（10），主体（2）顶部的连接片（4）与顶盖（9）相连。

10.根据权利要求7所述的一种超级电容器老化工艺用工装，其特征在于，所述底座（7）为圆柱形，且与主体（2）内部相配。