CN106449164B - 一种超级电容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容器，包括顶部敞口的筒状外壳、端盖、正极集流体、负极集流体、极芯和电解液，所述极芯的两端分别与正极集流体、负极集流体焊接，端盖顶部设有注液口；端盖的外周为双槽设计，上槽的圆弧长度大于下槽的圆弧长度；负极集流流外部设有凹槽，所述凹槽和端盖的下槽配合，构成一个拼合槽，并在端盖和负极集流体的结合圆弧处焊接；在外壳和端盖之间填充一体式密封圈，一体式密封圈上设有双槽，贴合上槽和拼合槽槽，并在外壳对应一体式密封圈双圆弧的位置实施冲槽，挤压一体式密封圈；外壳的底部设有六条凸起的加强筋和下槽；本发明结构设计合理、节约空间、强度高、可靠性好；有效密封面积大，抗振动性好。

Description

一种超级电容器

技术领域

本发明属于电力电能领域，涉及一种储能电气元件，尤其涉及一种超级电容器。

背景技术

超级电容器(又称法拉电容、黄金电容)是一种介于传统电容和二次电池之间的新兴储能电气元件。超级电容的高比功率、大电流充放电能力、长寿命、超低温性能、高可靠性、绿色环保等特点，使得其在工业电子、交通运输、再生能源、军事等领域作为功率电源或储能电源得到广泛的应用。影响超级电容器的可靠性主要有以下几个方面：内阻，机械结构稳定性，气密性等。目前的超级电容器的应用领域越来越来广泛，对超级电容器的可靠性也提出了更高的要求。

现有超级电容器负极侧的密封方式大多采用O型圈，依靠外壳对O型圈的挤压实施密封。这种方式有二个弊端，一是在实际的应用过程中，抗振动性差，结构不稳定，容易出现泄漏的情况；二是在生产过程中，入壳工序报废率大，因为这个密封结构的设计需要O型圈的外径大于超级电容器外壳的内径，无法直接装配，需要特殊的工装设备挤压O型圈入壳，这个过程中容易报废极芯，也容易划伤O型圈，影响密封效果。

另外市面上的超级电容器大多采用1系铝材的外壳，1系铝材外壳加工性能好，内阻低，但是强度偏低，在超级电容器长期的使用过程中，内部会产生一些气体，当气体积累到一定压强时，会挤压外壳的底部，使底部变形，这样会影响外壳和正极集流体的配合，使得超级电容器内阻产生变化。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种全新的超级电容器，具备结构稳定，多重密封，抗振动性好，内阻低，散热性好等优点。

为实现上述优点，本发明采用的技术方案如下：

一种超级电容器，包括顶部敞口的筒状外壳、端盖、正极集流体、负极集流体、极芯和电解液，所述极芯的两端分别与正极集流体、负极集流体焊接，端盖顶部设有注液口；

端盖的外周为双槽设计，即设有上槽和下槽，上槽的圆弧长度大于下槽的圆弧长度；负极集流流外部设有凹槽，所述凹槽和端盖的下槽配合，构成一个拼合槽，并在端盖和负极集流体的结合圆弧处焊接，降低超级电容器的内阻；在外壳和端盖之间填充一体式密封圈，一体式密封圈上设有双槽，贴合上槽和拼合槽，并在外壳对应一体式密封圈双槽的位置实施冲槽，挤压一体式密封圈，使得一体式密封圈受到压缩，起到密封作用，该密封方式有效密封面积大，压缩合理，且结构稳定，抗振动性好；外壳的底部设有六条凸起的加强筋，提高外壳的强度，并在其底部外周设有外壳底部下凹槽和正极集流体配合，节约空间，结构设计合理，强度高，可靠性好。

进一步地，所述的一体式密封圈装配时非常简单，无需特殊的工装夹具，可直接装配入外壳，依靠外壳冲槽挤压实施密封。

进一步地，该一体式密封圈上设有减震部位、绝缘部位、双槽部位，减震部位在密封圈内部的下方，当电容器收到强烈振动时，该部位可以起到缓冲作用，减少端盖的位移，提高超级电容器结构的稳定性；绝缘部位隔开超级电容器口部的正负极，避免在应用过程中出现短路现象，提高超级电容器的安全性；双槽部位增加了密封面积和密封强度，大大提高了超级电容器密封的可靠性。

进一步地，该一体式密封圈的材质优选三元乙丙橡胶，性能合适，成本较低，也可以选择氟橡胶等其他橡胶。

进一步地，所述的端盖和负极集流体的结合圆弧处实施焊接优选激光焊接，强度好，结构稳定，内阻低。

进一步地，在该圆弧和外壳之间填充一体式密封圈，一体式密封圈下槽内壁凸起的圆弧贴合该焊缝，即可以起到密封作用，又可以保证焊缝不泄漏。

进一步地，所述的冲槽有二处，是通过冲槽设备在外壳外壁上挤压出圆弧型的凹槽，该凹槽刚好和端盖外侧的圆弧贴合。有二个益处，一是挤压一体式密封圈，使得一体式密封圈具备较强的密封作用；二是支撑端盖和负极集流体，使超级电容器整体结构更加稳定。

进一步地，所述的外壳是一次冷挤压加工完成，不需要额外的机加工，节约成本。为提高加工的成功率，在底部下凹的圆环和上凸的加强筋连接处采用圆弧连接，降低外壳挤压时的不良率

本发明具有以下优点：

1、改变传统O型圈密封设计的结构，采用创新的一体式密封圈设计，密封面积比原来增加40％，密封效果更加可靠，降低超级电容器的泄漏率。

2、改变超级电容器密封环节入壳处的结构设计，杜绝传统入壳方式因为O型圈被划伤的不良隐患，该结构设计省时省力，降低生产过程中的报废率。

3、提出了一种全新的端盖和负极集流体焊接配合方式，焊接完成后共有二个圆弧的凹槽和外壳冲槽进行配合，在二者中间填充一体式密封圈，结构更加稳定，密封性好，抗振动性强。

4、采用底部有上凸的六条加强筋，侧面有下凹圆环设计的高强度外壳和正极集流体配合，结构设计合理，解决了1系铝材外壳强度较差的问题，并且节约空间，使得超级电容器内部储气空间充裕，提升了超级电容器结构的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例的超级电容器整体剖视图。

图2为本发明一实施例的一体式密封圈剖视图。

图3为本发明一实施例的端盖和负极集流体组件的配合剖视图。

图4为本发明一实施例的一体式密封圈和端盖负极集流体组件的配合剖视图。

图5为本发明一实施例的封口结构剖视图。

图6为本发明一实施例的外壳的示意图。

图7为图6下部的剖视图。

图8为本发明一实施例的外壳和正极集流体配合的示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

11、端盖 12、负极集流体 13、外壳 14、一体式密封圈 15、极芯 16、正极集流体17、外壳底部；

21、绝缘部位 22、辅助密封部位 23、减震部位 24、外密封部位 25、内密封部位26、保护部位；

31、端盖凸起 32、端盖外周圆弧状双槽 33、激光焊接部位 34、负极集流体上凸起；

41、贴合处 42、φ-整体装配外径；

51、靠上的冲槽 52、靠下的冲槽 53、减震示意 54、密封示意 55、支撑示意；

61、外壳加强筋 62、外壳底部下凹槽；

71、外壳底部滚槽 72、正极集流下凸环。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

实施例一

请参照图1，图1是该实施例超级电容器的剖面结构示意图。该超级电容器整体形状为圆柱形，包括顶部敞口的筒状外壳13、极芯15、正极集流体16、负极集流体12、端盖11和电解液(图中未标出)。所述极芯15的两端分别与正极集流体16、负极集流体12激光焊接，端盖11的顶部设有注液口(图中未示出)。外壳13和端盖11形成封闭结构，正极集流体16位于外壳13的内底壁处，负极集流体12靠近端盖11一侧，极芯15位于正极集流体16和负极集流体12之间。外壳底部17处设有上凸起的加强筋，提高外壳强度。

如图2所示，所述的一体式密封圈由21、22、23、24、25、26六个部位构成，21是绝缘防短路区域，向内倾斜5-10°设计，这种倾斜设计使得在装配中21内壁贴合端盖11侧面，如图4中41处所示；26同样是绝缘防短路区域，是防止外壳13冲槽时触碰到极芯15引起短路；22是辅助密封区域，但是当超级电容器内部气压过大时，端盖会向上移动挤压22，使得22区域也具备密封性。23是贴合部，其贴合端盖11内壁，其内侧圆弧处有一定的减震作用，当单体受到较强的振动时，23在外壳13冲槽和端盖之间起到缓冲减震的作用，如图5中53处所示。24、25为双槽双重密封区域，当外壳冲槽完成后，如图5中51、52所示，会挤压24、25处，使得24、25构成一个非常可靠的密封区域，和原来的单个“O”型圈设计相比，增加了约40％的有效密封面积，大大提升了超级电容器的密封性。综上，这种一体式密封圈设计可以提高单体在复杂环境中工作的密封性和稳定性。

如图3、图5所示，端盖外侧上部设计规则的圆弧凸起31，宽度约1.5-2mm，高度约0.3-0.5mm，这个设计是针对旋压封口机的特点设计的，旋压封口机封口后，外壳上部弯曲成型下方会有一定的圆弧，这样在端盖外侧设计出圆弧凸台31与之配合，如图5中54处所示，使得填充在二者之间的一体式密封圈22部位，受到的压力更加均匀，形成一个有效的密封区域，提升超级电容器的密封性。在端盖11和负极集流体12结合33处，实施激光焊接，降低超级电容器的内阻，如图5中55处所示，焊缝处刚好构成一个圆弧，用一体式密封圈14填充。32处设有2个圆弧，2个圆弧设计深度是不一样的，如55处所示，55处的圆弧设计的较深，当外壳13与之对应的冲槽52进来之后，与之配合，可以起到支撑作用，使得端盖11和负极集流体12位置稳定，不易产生移动，提高超级电容器整体结构的稳定性。

如图4所示，一体式密封圈14和端盖11、负极集流体12配合后，整体外径φ约等于或者稍大于外壳13口部的内径，装配时无需工装夹具，可直接装配入壳，杜绝传统入壳方式因为O型圈被划伤的不良隐患，该结构设计省时省力，降低生产过程中的报废率。

如图6、图7、图8所示，此外壳的设计大大改善了1系铝材强度强度较差的问题，通过六条外壳加强筋61的方式增加底部的机械强度，减少超级电容器在内压增大时底部的形变，从而保证了超级电容器整体的结构稳定性；并且通过外壳底部下凹槽62的优化设计，外壳底部下凹槽62和外壳加强筋61连接处63采用圆弧连接巧妙的和正极集流下凸环72配合，节约空间，保证超级电容器内部其他构件的结构设计不受影响，进一步地，在外壳底部17外周实施冲槽，即形成外壳底部滚槽71，降低内阻，并且增加接触面积，增强了超级电容器在高功率工作时的散热性。

Claims (8)

1.一种超级电容器，包括顶部敞口的筒状外壳、端盖、正极集流体、负极集流体、极芯和电解液，所述极芯的两端分别与正极集流体、负极集流体焊接，端盖顶部设有注液口；其特征在于：

端盖的外周为双槽设计，即设有上槽和下槽，上槽的圆弧长度大于下槽的圆弧长度；

负极集流流外部设有凹槽，所述凹槽和端盖的下槽配合，构成一个拼合槽，并在端盖和负极集流体的结合圆弧处焊接，降低超级电容器的内阻；在外壳和端盖之间填充一体式密封圈，一体式密封圈上设有双槽，贴合上槽和拼合槽，并在外壳对应一体式密封圈双槽的位置实施冲槽，挤压一体式密封圈，使得一体式密封圈受到压缩，起到密封作用，该密封方式有效密封面积大；外壳的底部设有六条凸起的加强筋和外壳底部下凹槽，外壳底部下凹槽和正极集流体配合。

2.如权利要求1所述的超级电容器，其特征在于：所述一体式密封圈上设有减震部位、绝缘部位、双槽部位，减震部位在密封圈内部的下方；绝缘部位隔开超级电容器口部的正负极；双槽部位增加了密封面积和密封强度。

3.如权利要求1或2所述的超级电容器，其特征在于：所述一体式密封圈的材质为三元乙丙橡胶或氟橡胶。

4.如权利要求1或2所述的超级电容器，其特征在于：所述的一体式密封圈装配时，直接装配入外壳，依靠外壳冲槽挤压实施密封。

5.如权利要求1所述的超级电容器，其特征在于：所述的端盖和负极集流体的结合圆弧处实施激光焊接。

6.如权利要求5所述的超级电容器，其特征在于：所述圆弧处和外壳之间填充一体式密封圈。

7.如权利要求1所述的超级电容器，其特征在于：所述的冲槽有二处，是通过冲槽设备在外壳外壁上挤压出圆弧型的凹槽，该凹槽刚好和端盖外侧的圆弧贴合。

8.如权利要求1或7所述的超级电容器，其特征在于：所述的外壳是一次冷挤压加工完成。