CN106710893A - 一种无机叠片软包超级电容器单体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种无机叠片软包超级电容器单体，包括铝塑膜及封装于其内部、呈并联层叠的电极极片、隔膜，电极极片的数量为等于二或大于二，相邻的电极极片的极性相反，相邻的电极极片之间设置有电解液层，该电解液层包括隔膜与电解液，隔膜位于电解液层的中部，隔膜的内、外部均设置有电解液，且电极极片上与电解液层相接触的一面内设置有电解液。制作时，要求干燥后的电极极片含有电解液以便于在压成时将部分电解液从电极极片上渗漏出以润湿隔膜。本设计不仅不用注入电解液、电容器质量较高，而且结构简单、成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种超级电容器单体，属储能器件新型设计及其制作方法领域，尤其涉及一种无机叠片软包超级电容器单体及其制备方法，具体适用于在不注入电解液的基础上，简化结构，降低成本。
背景技术
超级电容器是一种储能器件，有高功率性能，在新能源汽车、风力发电、轨道交通等领域有众多应用。超级电容器按照其储能机制不同可分为双电层超级电容和赝电容两类，其中，双电层超级电容器主要是物理吸附离子产生电势差储存能量，而赝电容是以氧化还原反应储能，两者相比较，双电层有更大的放电倍率，赝电容有更高的能量密度。
双电层超级电容器根据其所用电解液不同可分为无机双电层超级电容器和有机双电层超级电容器。目前，国际上主要的超级电容器产品是有机双电层超级电容器，但有机双电层超级的制作成本过高，应用范围较窄。
授权公告号为CN201514861U，授权公告日为2010年6月23日的发明专利公开了一种超级电容器，包括软包装薄膜、电解液、电容器芯、正极极耳和负极极耳；电容器芯由正极片、多孔隔离膜和负极片依次相间叠加在一起组成；每片正极片的一端的端部有空白正极集流体，每片负极片的一端的端部有空白负极集流体；正极极耳与负极极耳位于电容器芯的两端；所述正极片、负极片为2至10组，各组空白正极集流体的位置相互错开，各组空白负极集流体的位置相互错开且位于电容器芯的另一端的端部。虽然该发明通过增加极耳厚度、总面积的方式，减小了发热量，避免了正、负极极耳间的短路，但其仍旧具有以下缺陷：
首先，该设计为有机电容，在封装正极极片、负极极片前，需要专门注入电解液，即对正极极片、负极极片进行浸泡；
其次，该设计中的正极极片、负极极片上都包裹有隔离膜，不仅结构复杂，加工成本较高，而且隔离膜会对正极极片、负极极片之间的通路形成阻碍，降低电容器质量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的需要专门注入电解液、结构复杂、成本较高的缺陷与问题，提供一种不用注入电解液、结构简单、成本较低的无机叠片软包超级电容器单体及其制备方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种无机叠片软包超级电容器单体，包括铝塑膜及封装于其内部的电极极片、隔膜，且电极极片双面涂布；
所述电极极片的数量为等于二或大于二，相邻的电极极片之间设置有一个隔膜，电极极片、隔膜的叠加方式为一一层叠，相邻的电极极片的极性相反，极性相同的电极极片的极耳连接为一体以构成并联结构；
所述超级电容器单体还包括一个电解液层，该电解液层位于相邻的电极极片之间，电解液层包括隔膜与电解液，隔膜位于电解液层的中部，隔膜的内、外部均设置有电解液，且电极极片上与电解液层相接触的一面内设置有电解液。
所述电解液为无机电解液，溶质为KOH、NaOH、LiOH、K2SO4或Li2SO4的任意组合，溶剂为去离子水。
所述电解液层内的电解液为与电解液层相接触的电极极片经加压后渗透所得。
所述电解液层内的电解液还包括加压前在隔膜内注入的电解液。
所述超级电容器单体中，最上方一个电极极片的顶面、最下方一个电极极片的底面均为无电解液的干燥面。
所述超级电容器单体的电压小于0.1V。
一种上述无机叠片软包超级电容器单体的制造方法，该制造方法依次包括混料、涂布、裁剪、装袋、焊接、抽真空、一封、老化、抽真空、二封，其特征在于：
所述制造方法在涂布、裁剪之间设置有干燥，在裁剪、装袋之间依次设置有叠片、压成；
所述干燥是指：对涂布后的产物进行干燥，干燥的温度为25－40 度，时间为0－2小时；
所述叠片是指：将裁剪后的电极极片与隔膜进行层叠组装以形成层叠体，层叠组装依照电极极片、隔膜相互间隔的方式进行，相邻的电极极片1之间为一个隔膜，相邻的电极极片的极性相反，相邻的电极极片的极耳的方向相对，且层叠体的顶面、底面各为一个电极极片；
所述压成是指：用1－10 Mpa的压力预压上述层叠体，保压1－30分钟。
所述混料是指先配制电解液，再在电解液中添加活性物质、添加剂、粘结剂，经搅拌均匀后获得粘度为4000－12000 Pa.s，固含量为20－40 %的电容器浆料；
所述电容器浆料的组成成分及其重量份比为：活性物质70－95，添加剂0－20，粘结剂0－10%，其余为电解液，且活性物质为活性炭、石墨烯、碳纳米管或MOF的任意组合；
所述无机电解液的溶质为KOH、NaOH、LiOH、K2SO4或Li2SO4的任意组合，溶剂为去离子水，浓度为3－6 mol/L。
所述压成中，在加压前，在隔膜的内部注入电解液。
所述涂布是指对集流体的正反两面涂抹电容器浆料；
所述装袋、焊接、抽真空、一封分别是指：先将压成后的层叠体装入铝塑膜袋中，再将电极极片上的极耳按正负极进行对应焊接，然后用铜片转换极耳，再抽真空，最后密封；
所述老化、抽真空、二封分别是指：先对一封后的所得物进行老化实验，再抽真空，最后密封以得到所述的超级电容器单体。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种无机叠片软包超级电容器单体及其制备方法中，以在相邻极片之间设置电解液层的方式节省了注入电解液这一操作，不仅节省了人力成本，而且降低了材料成本，此外，电解液层通过干燥、叠片、压成操作实现，不仅简化了本设计的结构，而且操作难度较低，易于实现。因此，本发明不仅不用注入电解液，而且结构简单、成本较低。
2、本发明一种无机叠片软包超级电容器单体及其制备方法中，对电容器浆料的性质，从组成成分、粘度、固含量上都进行了限定，其目的在于配合干燥、压成操作的实现，确保电解液层的实现，以确保压成时，电极极片上的电解液能渗透到隔膜中，正负极片、隔膜之间形成通路，提高电容器质量。因此，本发明不仅不用注入电解液，而且电容器质量较高。
3、本发明一种无机叠片软包超级电容器单体及其制备方法中，对电解液的性质，从组成成分、浓度上都进行了限定，其目的在于配合干燥、压成操作的实现，确保电解液层的实现，以确保压成时，电解液具备一定的渗透能力，既能渗透到隔膜中，又能确保电极极片上含有电解液，从而在正负极片、隔膜之间形成通路，确保电容器质量。因此，本发明不仅不用注入电解液，而且电容器质量较高。
4、本发明一种无机叠片软包超级电容器单体及其制备方法中，电极极片、隔膜的组装方式为间隔的、一一层叠，电极极片的数量为等于二或大于二，相邻的电极极片的极性相反，极性相同的电极极片的极耳连接为一体以构成并联结构，该设计不仅结构简单，而且相对于卷绕结构而言，其设备成本（叠片设备只要10万左右，而卷绕设备则需要上百万）、操作难度都大为降低，从而在整体上降低了本设计的制造成本。因此，本发明的成本较低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中电极极片为二片时的爆炸视图。
图3是本发明中电极极片为三片时的爆炸视图。
图4是本发明中电极极片为四片时的爆炸视图。
图中：电极极片1、隔膜2、电解液层3、极耳4。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图4，一种无机叠片软包超级电容器单体，包括铝塑膜及封装于其内部的电极极片1、隔膜2，且电极极片1双面涂布；
所述电极极片1的数量为等于二或大于二，相邻的电极极片1之间设置有一个隔膜2，电极极片1、隔膜2的叠加方式为一一层叠，相邻的电极极片1的极性相反，极性相同的电极极片1的极耳4连接为一体以构成并联结构；
所述超级电容器单体还包括一个电解液层3，该电解液层3位于相邻的电极极片1之间，电解液层3包括隔膜2与电解液，隔膜2位于电解液层3的中部，隔膜2的内、外部均设置有电解液，且电极极片1上与电解液层3相接触的一面内设置有电解液。
所述电解液为无机电解液，溶质为KOH、NaOH、LiOH、K2SO4或Li2SO4的任意组合，溶剂为去离子水。
所述电解液层3内的电解液为与电解液层3相接触的电极极片1经加压后渗透所得。
所述电解液层3内的电解液还包括加压前在隔膜2内注入的电解液。
所述超级电容器单体中，最上方一个电极极片1的顶面、最下方一个电极极片1的底面均为无电解液的干燥面。
所述超级电容器单体的电压小于0.1V。
一种上述无机叠片软包超级电容器单体的制造方法，该制造方法依次包括混料、涂布、裁剪、装袋、焊接、抽真空、一封、老化、抽真空、二封；
所述制造方法在涂布、裁剪之间设置有干燥，在裁剪、装袋之间依次设置有叠片、压成；
所述干燥是指：对涂布后的产物进行干燥，干燥的温度为25－40 度，时间为0－2小时；
所述叠片是指：将裁剪后的电极极片1与隔膜2进行层叠组装以形成层叠体，层叠组装依照电极极片1、隔膜2相互间隔的方式进行，相邻的电极极片1之间为一个隔膜2，相邻的电极极片1的极性相反，相邻的电极极片1的极耳4的方向相对，且层叠体的顶面、底面各为一个电极极片1；
所述压成是指：用1－10 Mpa的压力预压上述层叠体，保压1－30分钟。
所述混料是指先配制电解液，再在电解液中添加活性物质、添加剂、粘结剂，经搅拌均匀后获得粘度为4000－12000 Pa.s，固含量为20－40 %的电容器浆料；
所述电容器浆料的组成成分及其重量份比为：活性物质70－95，添加剂0－20，粘结剂0－10%，其余为电解液，且活性物质为活性炭、石墨烯、碳纳米管或MOF的任意组合；
所述无机电解液的溶质为KOH、NaOH、LiOH、K2SO4或Li2SO4的任意组合，溶剂为去离子水，浓度为3－6 mol/L。
所述压成中，在加压前，在隔膜2的内部注入电解液。
所述涂布是指对集流体的正反两面涂抹电容器浆料；
所述装袋、焊接、抽真空、一封分别是指：先将压成后的层叠体装入铝塑膜袋中，再将电极极片1上的极耳4按正负极进行对应焊接，然后用铜片转换极耳4，再抽真空，最后密封；
所述老化、抽真空、二封分别是指：先对一封后的所得物进行老化实验，再抽真空，最后密封以得到所述的超级电容器单体。
本发明的原理说明如下：
本发明的核心在于以电极极片（不专门区分正极极片、负极极片，最后以极耳而定）、隔膜一一层叠为基础，然后在相邻的电极极片之间设置有电解液层，该电解液层将隔膜包含于其内，隔膜的外部、内部都含有电解液（隔膜外部的电解液并不限定于顶部、底部或侧部，只要保证能在正负极片、隔膜之间形成通路即可，在这个基础上，外部电解液的覆盖范围越大，效果自然越好，越利于提高电容器质量），该电解液来自于电解液层上、下相邻的电极极片，电极极片在干燥时并不需要干透（干燥的目的是防止极片吸水，故干燥的温度要求25－40 度，时间0－2 h即可，时间如果超过这个范围，水失去太多，会造成内阻大，而当温度、涂布后的质量合适时，不用干燥，即干燥时间为0，也可以直接使用），而是蕴含有电解液，然后在压成时，电极极片蕴含的电解液就会渗透入隔膜中，从而润湿隔膜，进而在正负极片、隔膜之间形成通路，压成的压力大小与极片厚度、电解液的多少相关，其核心目的是要让电解液渗透隔膜。
电极极片的数量为二时：参见图2，顶部的正极极片、底部的负极极片之间设置有隔膜，隔膜的周边包裹有电解液层，隔膜的外部有电解液。
电极极片的数量为三时：参见图3， 顶部、底部的都为正极极片，中间的为负极极片，相邻极片之间为隔膜。
电极极片的数量为四时：参见图4， 正极极片、负极极片的数量都为两片。
活性物质70－95：在保证极片质量的前提下，活性物质越多越好，活性物质中的MOF为一种电容器活性炭物质材料名称简写，全称为金属有机框架化合物。
添加剂0－20：主要是导电剂，添加一定量的导电剂可以降低电容器内阻，提高电容器性能，但不能加太多，否则影响电容器容量。
粘结剂0－10：粘结剂作为粘结活性物质的材料，其用量不能超过此范围，否则影响容量。
实施例1：
参见图1至图4，一种无机叠片软包超级电容器单体，包括铝塑膜及封装于其内部的电极极片1、隔膜2，且电极极片1双面涂布；所述电极极片1的数量为等于二或大于二，相邻的电极极片1之间设置有一个隔膜2，电极极片1、隔膜2的叠加方式为一一层叠，相邻的电极极片1的极性相反，极性相同的电极极片1的极耳4连接为一体以构成并联结构；所述超级电容器单体还包括一个电解液层3，该电解液层3位于相邻的电极极片1之间，电解液层3包括隔膜2与电解液，隔膜2位于电解液层3的中部，隔膜2的内、外部均设置有电解液，且电极极片1上与电解液层3相接触的一面内设置有电解液。
一种上述无机叠片软包超级电容器单体的制造方法，该制造方法依次包括混料、涂布、裁剪、装袋、焊接、抽真空、一封、老化、抽真空、二封；所述制造方法在涂布、裁剪之间设置有干燥，在裁剪、装袋之间依次设置有叠片、压成；
所述干燥是指：对涂布后的产物进行干燥，干燥的温度为25－40 度，时间为0－2小时；
所述叠片是指：将裁剪后的电极极片1与隔膜2进行层叠组装以形成层叠体，层叠组装依照电极极片1、隔膜2相互间隔的方式进行，相邻的电极极片1之间为一个隔膜2，相邻的电极极片1的极性相反，相邻的电极极片1的极耳4的方向相对，且层叠体的顶面、底面各为一个电极极片1；
所述压成是指：用1－10 Mpa的压力预压上述层叠体，保压1－30分钟。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述电解液层3内的电解液为与电解液层3相接触的电极极片1经加压后渗透所得。优选方案，所述电解液层3内的电解液还包括加压前在隔膜2内注入的电解液，其在制造时，就需要在压成步骤中，在加压前，在隔膜2的内部先注入电解液。
实施例3：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述混料是指先配制电解液，再在电解液中添加活性物质、添加剂、粘结剂，经搅拌均匀后获得粘度为4000－12000 Pa.s，固含量为20－40 %的电容器浆料；
所述电容器浆料的组成成分及其重量份比为：活性物质70－95，添加剂0－20，粘结剂0－10%，其余为电解液，且活性物质为活性炭、石墨烯、碳纳米管或MOF的任意组合；
所述无机电解液的溶质为KOH、NaOH、LiOH、K2SO4或Li2SO4的任意组合，溶剂为去离子水，浓度为3－6 mol/L。
实施例4：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述涂布是指对集流体的正反两面涂抹电容器浆料；
所述装袋、焊接、抽真空、一封分别是指：先将压成后的层叠体装入铝塑膜袋中，再将电极极片1上的极耳4按正负极进行对应焊接，然后用铜片转换极耳4，再抽真空，最后密封；
所述老化、抽真空、二封分别是指：先对一封后的所得物进行老化实验，再抽真空，最后密封以得到所述的超级电容器单体。
实施例5：
基本内容同实施例1，不同之处在于：干燥的温度为0度。
实施例6：
基本内容同实施例1，不同之处在于：压成的时间为5分钟。
实施例7：
基本内容同实施例1，不同之处在于：干燥、压成的操作要求分别是以下几组资料：
干燥的温度为25度，时间为2小时，压成为用1Mpa的压力预压上述层叠体，保压30分钟；
干燥的温度为40度，时间为5分钟，压成为用10Mpa的压力预压上述层叠体，保压1分钟；
干燥的温度为30度，时间为65分钟，压成为用5Mpa的压力预压上述层叠体，保压15分钟。
Claims (10)
1.一种无机叠片软包超级电容器单体，包括铝塑膜及封装于其内部的电极极片（1）、隔膜（2），且电极极片（1）双面涂布，其特征在于：
所述电极极片（1）的数量为等于二或大于二，相邻的电极极片（1）之间设置有一个隔膜（2），电极极片（1）、隔膜（2）的叠加方式为一一层叠，相邻的电极极片（1）的极性相反，极性相同的电极极片（1）的极耳（4）连接为一体以构成并联结构；
所述超级电容器单体还包括一个电解液层（3），该电解液层（3）位于相邻的电极极片（1）之间，电解液层（3）包括隔膜（2）与电解液，隔膜（2）位于电解液层（3）的中部，隔膜（2）的内、外部均设置有电解液，且电极极片（1）上与电解液层（3）相接触的一面内设置有电解液。
2.根据权利要求1所述的一种无机叠片软包超级电容器单体，其特征在于：所述电解液为无机电解液，溶质为KOH、NaOH、LiOH、K2SO4或Li2SO4的任意组合，溶剂为去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的一种无机叠片软包超级电容器单体，其特征在于：所述电解液层（3）内的电解液为与电解液层（3）相接触的电极极片（1）经加压后渗透所得。
4.根据权利要求3所述的一种无机叠片软包超级电容器单体，其特征在于：所述电解液层（3）内的电解液还包括加压前在隔膜（2）内注入的电解液。
5.根据权利要求1或2所述的一种无机叠片软包超级电容器单体，其特征在于：所述超级电容器单体中，最上方一个电极极片（1）的顶面、最下方一个电极极片（1）的底面均为无电解液的干燥面。
6.根据权利要求1或2所述的一种无机叠片软包超级电容器单体，其特征在于：所述超级电容器单体的电压小于0.1V。
7.一种权利要求1所述的无机叠片软包超级电容器单体的制造方法，该制造方法依次包括混料、涂布、裁剪、装袋、焊接、抽真空、一封、老化、抽真空、二封，其特征在于：
所述制造方法在涂布、裁剪之间设置有干燥，在裁剪、装袋之间依次设置有叠片、压成；
所述干燥是指：对涂布后的产物进行干燥，干燥的温度为25－40 度，时间为0－2小时；
所述叠片是指：将裁剪后的电极极片（1）与隔膜（2）进行层叠组装以形成层叠体，层叠组装依照电极极片（1）、隔膜（2）相互间隔的方式进行，相邻的电极极片（1）之间为一个隔膜（2），相邻的电极极片（1）的极性相反，相邻的电极极片（1）的极耳（4）的方向相对，且层叠体的顶面、底面各为一个电极极片（1）；
所述压成是指：用1－10 Mpa的压力预压上述层叠体，保压1－30分钟。
8.根据权利要求7所述的一种无机叠片软包超级电容器单体的制造方法，其特征在于：
所述混料是指先配制电解液，再在电解液中添加活性物质、添加剂、粘结剂，经搅拌均匀后获得粘度为4000－12000 Pa.s，固含量为20－40 %的电容器浆料；
所述电容器浆料的组成成分及其重量份比为：活性物质70－95，添加剂0－20，粘结剂0－10%，其余为电解液，且活性物质为活性炭、石墨烯、碳纳米管或MOF的任意组合；
所述无机电解液的溶质为KOH、NaOH、LiOH、K2SO4或Li2SO4的任意组合，溶剂为去离子水，浓度为3－6 mol/L。
9.根据权利要求7或8所述的一种无机叠片软包超级电容器单体的制造方法，其特征在于：所述压成中，在加压前，在隔膜（2）的内部注入电解液。
10.根据权利要求7或8所述的一种无机叠片软包超级电容器单体的制造方法，其特征在于：
所述涂布是指对集流体的正反两面涂抹电容器浆料；
所述装袋、焊接、抽真空、一封分别是指：先将压成后的层叠体装入铝塑膜袋中，再将电极极片（1）上的极耳（4）按正负极进行对应焊接，然后用铜片转换极耳（4），再抽真空，最后密封；
所述老化、抽真空、二封分别是指：先对一封后的所得物进行老化实验，再抽真空，最后密封以得到所述的超级电容器单体。
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| CN110164713A (zh) * | 2018-02-15 | 2019-08-23 | Tdk株式会社 | 电化学器件 |
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| CN201514861U (zh) * | 2009-10-16 | 2010-06-23 | 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 | 一种超级电容器 |
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- 2016-12-28 CN CN201611235803.0A patent/CN106710893A/zh active Pending
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