CN107275125A - 高压超级法拉级电容器的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压超级法拉级电容器的生产工艺，包括(1)、选材；(2)、热喷涂；(3)、电化学处理；(4)、电容器制备。本发明实现在100‑800V条件下电容器的容量在0.47‑100F的超级电容器，由于可以实现上述条件要求，因而其应用将极为广泛，特别对风电、光电储能，新型能源汽车动力以及激光武器、粒子束武器、潜艇、航空航天等高功率军事设备有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于储能装置领域，具体地说，涉及到一种高压超级法拉级电容器的生产工艺。
背景技术
超级电容器是一种近年快速发展起来的一种新型储能器件，它具有法拉(F)级的超大容量，比同体积电解电容器电容量要大2000-6000倍，功率密度比电池高10-100倍，充放电效率高，充放电循环次数高达105次以上，目前市场上商品化超级电容器一般有双层电容器、赝电容器、电介质超级电容器等类型，容量在0.47-3000F，但其电压一般只有1.2-5.5V，由于其标称电压较低，因此在实际应用中往往采用串联电容模组方式来提高其输出电压。如在新能源汽车的动力使用中一般选用100-120只电容模组串联来实现其电压和能量的复合应用，因多个单体串联往往在应用中带来了各个单体之间的能量匹配和储存能量衰减的问题，缩短了其使用寿命，因而限制了超级电容器的发展。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高压超级法拉级电容器的生产工艺，该电容器的电压为100-800V，在实际应用中能够直接应用，有效解决了目前串联电容模组带来的能量匹配、能量衰减、使用寿命缩短等问题。
本发明采用的技术方案是：
一种高压超级法拉级电容器的生产工艺，包括以下步骤：
(1)、选材：选用铝箔作为基材，对铝箔的表面进行腐蚀处理扩充铝箔的表面积；
(2)、热喷涂：铝箔的表面通过等离子热喷涂技术将高介电常数纳米级材料均匀涂覆于铝箔的表面，在铝箔的表面形成稳定的5-10μm的复合介质层；
(3)、电化学处理：通过电化学方法将复合介质层中可能存在的缝隙形成一层与Al2O3密合的5-10μm的致密复合介质层，从而提高相对介电常数εr；
(4)、电容器制备：将铝箔通过裁切设备裁切呈规定的尺寸，通过衬垫绝缘材料电解纸引出箔片冷压焊接使铝箔成为卷绕型或叠片式或扁平化或方形电容器素子，并在100-120℃的真空条件下含浸到不同电压要求的工作电解液中，将其封装成所需要的电容器形状，再通过老化修复在加工过程中所产生的介质膜损伤，从而得到规定要求的高压超级法拉级电容器。
作为优选，所述的高介电常数纳米级材料为钛、钛氧化物以及钛酸钡、锡、锆、锌的一种或多种，所述高介电常数纳米级材料的目数不大于100纳米，所述的高介电常数纳米级材料通过球磨的方法形成微米级的纳米团聚物后，再通过4500-5500℃的热熔化后经等离子喷涂设备的等离子枪均匀涂覆于铝箔的表面。
作为优选，所述的电化学处理为将铝箔置于无机或有机酸及其盐的3-15％水溶液中，按要求的电压和电流进行电化学处理，以填补铝箔表面的复合介质层在热喷涂过程中产生缝隙，使铝箔的表面形成致密复合介质层。
本发明的有益效果如下：
(1)由于电容器的电容量C：
其中ε0-真空介电常数 εr-电介质相对介电常数
S-电极的表面积 d-极极间的距离
由<1>式可以看出提高εr值将大大提升电容量，而通过上述方法，εr可提高到2400以上，是铝电解电容器的300倍以上(铝电解电容器的εr为7.0左右)，在同等体积下可使电容量从微法级提升到法拉级；
(2)经过上述材料及工艺的相应处理，可以实现在100-800V条件下电容器的容量在0.47-100F的超级电容器，由于可以实现上述条件要求，因而其应用将极为广泛，特别对风电、光电储能，新型能源汽车动力以及激光武器、粒子束武器、潜艇、航空航天等高功率军事设备有重要意义。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。
实施例1：
一种高压超级法拉级电容器的生产工艺，包括以下步骤：
(1)、选材：选用铝箔作为基材，对铝箔的表面进行腐蚀处理扩充铝箔的表面积；
(2)、热喷涂：选取高介电常数纳米级材料为钛、钛氧化物以及钛酸钡、锡、锆、锌的一种或多种，高介电常数纳米级材料的目数不大于100纳米，高介电常数纳米级材料通过球磨的方法形成微米级的纳米团聚物后，再通过4500-5500℃的热熔化后经等离子喷涂设备的等离子枪均匀涂覆于铝箔的表面，在铝箔的表面形成稳定的5-10μm的复合介质层，；
(3)、电化学处理：将铝箔置于无机或有机酸及其盐的3-15％水溶液中，按要求的电压和电流进行电化学处理，以填补铝箔表面的复合介质层在热喷涂过程中产生缝隙，形成一层与Al2O3密合的5-10μm的致密复合介质层，从而提高相对介电常数εr；
(4)、电容器制备：将铝箔通过裁切设备裁切呈规定的尺寸，通过衬垫绝缘材料电解纸引出箔片冷压焊接使铝箔成为卷绕型或叠片式或扁平化或方形电容器素子，并在100-120℃的真空条件下含浸到不同电压要求的工作电解液中，将其封装成所需要的电容器形状，再通过老化修复在加工过程中所产生的介质膜损伤，从而得到规定要求的高压超级法拉级电容器。
当选用的铝箔厚度为110μm，经过上述处理后，铝箔表面形成的复合介质层厚度为116-118μm，复合介电常数εrmax＝1532，εrmin＝800；常规的铝电解电容器εr为7.0左右，本发明制得的电容器的εr远远大于7.0，在同等体积下可使电容量从微法级提升到法拉级。
Claims (3)
1.一种高压超级法拉级电容器的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、选材：选用铝箔作为基材，对铝箔的表面进行腐蚀处理扩充铝箔的表面积；
(2)、热喷涂：铝箔的表面通过等离子热喷涂技术将高介电常数纳米级材料均匀涂覆于铝箔的表面，在铝箔的表面形成稳定的5-10μm的复合介质层；
(3)、电化学处理：通过电化学方法将复合介质层中可能存在的缝隙形成一层与Al2O3密合的5-10μm的致密复合介质层，从而提高相对介电常数εr；
(4)、电容器制备：将铝箔通过裁切设备裁切呈规定的尺寸，通过衬垫绝缘材料电解纸引出箔片冷压焊接使铝箔成为卷绕型或叠片式或扁平化或方形电容器素子，并在100-120℃的真空条件下含浸到不同电压要求的工作电解液中，将其封装成所需要的电容器形状，再通过老化修复在加工过程中所产生的介质膜损伤，从而得到规定要求的高压超级法拉级电容器。
2.根据权利要求1所述的一种高压超级法拉级电容器的生产工艺，其特征在于，所述的高介电常数纳米级材料为钛、钛氧化物以及钛酸钡、锡、锆、锌的一种或多种，所述高介电常数纳米级材料的目数不大于100纳米，所述的高介电常数纳米级材料通过球磨的方法形成微米级的纳米团聚物后，再通过4500-5500℃的热熔化后经等离子喷涂设备的等离子枪均匀涂覆于铝箔的表面。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压超级法拉级电容器的生产工艺，其特征在于，所述的电化学处理为将铝箔置于无机或有机酸及其盐的3-15％水溶液中，按要求的电压和电流进行电化学处理，以填补铝箔表面的复合介质层在热喷涂过程中产生缝隙，使铝箔的表面形成致密复合介质层。
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