CN109346336B - 一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法 - Google Patents
一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109346336B CN109346336B CN201811343606.XA CN201811343606A CN109346336B CN 109346336 B CN109346336 B CN 109346336B CN 201811343606 A CN201811343606 A CN 201811343606A CN 109346336 B CN109346336 B CN 109346336B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- elastic
- packaging
- super capacitor
- capacitor
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000009459 flexible packaging Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 52
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000007774 longterm Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 12
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 9
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 8
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 238000009517 secondary packaging Methods 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 2
- 238000009516 primary packaging Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了属于超级电容器制备技术领域的一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法。包括单体封装和多单体串联封装；具体步骤：组建叠层结构放置；法兰结构密封；真空注射电解液；环形密封圈密封；多单体串联封装。本发明利用弹性法兰结构，实现了超级电容器的柔性化封装，封装后的器件在力学作用下厚度方向具有一定的可压缩能力，对于超级电容器在柔性电子等特殊力学环境领域的应用提供了便利。此外，本发明利用环形密封圈结构，实现了对超级电容器注液口的气密性封装，可有效减轻超级电容器长期放置过程中的电解液挥发失效现象，延长器件的储藏寿命。
Description
技术领域
本发明属于超级电容器制备技术领域，特别涉及一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法。
技术背景
超级电容器是一种应用广泛的电化学储能器件，具有功率密度大、循环寿命长、环境适应性强等显著优势，已经在电动汽车、消费电子等领域得到了广泛应用。
封装工艺是超级电容器制作过程的关键工艺步骤，它的作用是使得超级电容器内部的电化学环境与外界环境隔绝，通过密封工艺避免器件内部的电解液产生长期缓慢挥发，保障超级电容器的稳定性和长期有效性。
随着柔性电子技术的发展，超级电容器的封装方法正面临新的要求。传统的刚性封装工艺不利于超级电容器器件的柔性化，严重限制了其在柔性电子中的实际应用。因此，迫切需要一种新型封装方法，实现超级电容器的柔性化封装。
发明内容
本发明的目的是提出一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法，其特征在于，包括单体封装和多单体串联封装；
一，单体封装包括采用弹性法兰结构，确保电极容易产生受压形变；通过针孔注液，保证内部真空环境，防止因长期缓慢产气而损伤封装的稳定性； 密封条进行二次密封，进一步确保器件封装结构的可靠性；具体步骤如下：
（1）通过切片机切割得到集流体、弹性正电极、隔膜、弹性负电极和集流体；其中弹性电极的长宽尺寸小于集流体和隔膜；
（2）打孔器切割加工弹性法兰，使其内圈尺寸与弹性电极相同，外圈尺寸与集流体相同；
（3）将弹性电极置于弹性法兰内圈中，将集流体-弹性压阻电极-隔膜-弹性压阻电极-集流体五层结构依次叠放，使层与层之间紧密接触，消除接触电阻的影响；
（4）将特种胶涂覆在层间缝隙处，待固化后，形成层间紧密封装结构；
（5）将两支注射器通过针孔插入电容器内部，其中一支装满电解液，另一支空置用于抽气，使电容器内形成真空环境，电解液在空气压力作用下充满电容器内部空间；
（6）拔出针头，将特种胶涂覆在针孔处，利用密封条进行二次封装，强化可靠性；
二，多个单体进行串联，完成电容器的器件级封装，具体步骤如下：
（1）将多个完成初次封装的单体以叠层结构依次放置，将正负极的两只极耳通过超声焊等方式焊接到集流体上；
（2）将叠层式器件放置到金属或塑料外壳内，并通过机械装卡方式，使各单体之间在厚度方向紧密接触，进一步消除接触电阻；
（3）将柔性树脂胶灌封在壳体内的剩余空间，固化后形成气密封装结构，避免器件内部电解液的挥发，保障电容器性能的长期稳定；
上述柔性封装工艺是一种耐冲击封装方法，既能够最大程度的消除层间接触电阻产生的力学冲击失效，又能够避免封装结构刚度过高的不利影响。
所述一，单体封装的步骤（4）中特种胶为具有良好粘接密封性能的橡胶专用胶水，选择浩森胶业的HS898型号
所述二，多个单体进行串联，完成电容器的器件级封装的步骤（3）中柔性树脂胶为具有耐冲击性能的环氧树脂类胶体，例如选择Hasuncast公司的142SW型号。
所述弹性法兰的厚度是一个关键参数，选择厚度适中的弹性法兰，使其厚度小于电极和隔膜的总厚度；封装后的器件单体具有良好的储能特性，放电电流达到 10 mA 级。
本发明的有益效果是本发明所提出的柔性封装方法，实现了对叠层结构超级电容器的柔性化封装。封装后的器件在冲击作用，在厚度方向具有一定的可压缩性，可产生易于辨识的冲击敏感电压峰信号，具有应用于自储能冲击传感器的潜力。此外，本发明还实现了多单体串联式封装，可制作具有高供电电压的实用化样机，实现了层间紧密封装结构与弹性封装结构的融合统一，能够满足不同应用场景的需求。本发明具有一下特点：
1，与抗高过载电化学电容器的单体封装方法类似，使用特种胶进行层间紧密封装，最大程度地消除了接触电阻对于器件的干扰影响，可以保障器件在高g冲击下工作的可靠性。
2，通过引入弹性环形法兰结构，使器件单体的封装结构具有一定的弹性变形空间，能够避免封装中过度预紧对电极压阻特性的破坏，保障器件具有冲击敏感性。
3，封装后器件在连续冲击作用下的放电特性为在冲击瞬间产生明显的电压峰信号，这种敏感电压峰信号产生的根源，是由于器件在厚度方向受力压缩，电极薄膜等部件被压紧，导致器件内阻的突然大幅度降低；而且敏感信号震荡微弱, 可清晰分辨连续多次冲击过程，具用应用于自储能力学冲击传感器的潜力。
4.按照商用器件检测标准，将封装后的器件在真空环境放置 4 小时。实验测试数据表明，经过长达 4 小时的真空环境测试，器件的储能容量未发生减小，表明器件的封装可靠性高，不存在长期缓慢漏液的失效问题。
附图说明
图1为单体封装流程示意图。
图 2为封装完成后器件对连续按压过程的响应曲线。
图3为装完成后器件在真空环境的容量变化。
图4为多单体串联封装流程图。
具体实施方式
本发明提出一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法，下面结合附图的本发明予以说明。
所述叠层结构超级电容器的柔性封装方法包括单体封装和多单体串联封装；
如图1所示为单体封装包括采用弹性法兰结构，确保电极容易产生受压形变；通过针孔注液，保证内部真空环境，防止因长期缓慢产气而损伤封装的稳定性； 密封条进行二次密封，进一步确保器件封装结构的可靠性；具体步骤如下：
（1）通过切片机切割得到集流体、弹性正电极、隔膜、弹性负电极和集流体；其中弹性电极的长宽尺寸小于集流体和隔膜；
（2）打孔器切割加工弹性法兰，使其内圈尺寸与弹性电极相同，外圈尺寸与集流体相同；
（3）将弹性电极置于弹性法兰内圈中，将集流体-弹性压阻电极-隔膜-弹性压阻电极-集流体五层结构依次叠放，使层与层之间紧密接触，消除接触电阻的影响；
（4）将特种胶涂覆在层间缝隙处，待固化后，形成层间紧密封装结构；
（5）将两支注射器通过针孔插入电容器内部，其中一支装满电解液，另一支空置用于抽气，使电容器内形成真空环境，电解液在空气压力作用下充满电容器内部空间；
（6）拔出针头，将特种胶涂覆在针孔处，利用密封条进行二次封装，强化可靠性。
如图4所示，完成单体的封装后，可按照实际工作电压需求，将多个单体进行串联，完成电容器的器件级封装，具体步骤如下：
（1）将多个完成初次封装的单体以叠层结构依次放置，将正负极的两只极耳通过超声焊等方式焊接到集流体上；
（2）将叠层式器件放置到金属或塑料外壳内，并通过机械装卡方式，使各单体之间在厚度方向紧密接触，进一步消除接触电阻；
（3）将柔性树脂胶灌封在壳体内的剩余空间，固化后形成气密封装结构，避免器件内部电解液的挥发，保障电容器性能的长期稳定；
上述柔性封装工艺是一种耐冲击封装方法，既能够最大程度的消除层间接触电阻产生的力学冲击失效，又能够避免封装结构刚度过高的不利影响。
本发明所提出的上述耐冲击封装方法，其关键在于实现了层间紧密封装结构与弹性封装结构的融合统一。
一方面，与抗高过载电化学电容器的单体封装方法类似，使用特种胶进行层间紧密封装，最大程度地消除了接触电阻对于器件的干扰影响，可以保障器件在高g冲击下工作的可靠性。
另一方面，通过引入弹性环形法兰结构，使器件单体的封装结构具有一定的弹性变形空间，能够避免封装中过度预紧对电极压阻特性的破坏，保障器件具有冲击敏感性。
在上述的封装方法中，弹性法兰的厚度是一个关键参数，本发明选择厚度适中的弹性法兰，使其厚度略小于电极和隔膜的总厚度。封装后的器件单体具有良好的储能特性，放电电流可达 10 mA 级。封装后器件在连续冲击作用下的放电特性如图2所示，在冲击瞬间产生明显的电压峰信号，这种敏感电压峰信号产生的根源，是由于器件在厚度方向受力压缩，电极薄膜等部件被压紧，导致器件内阻的突然大幅度降低。而且，如图2所示的敏感信号震荡微弱, 可清晰分辨连续多次冲击过程，具用应用于自储能力学冲击传感器的潜力。
为了进一步验证封装结构的长期可靠性，按照商用器件检测标准，将封装后的器件在真空环境放置 4 小时。实验测试数据表明，经过长达 4 小时的真空环境测试，器件的储能容量未发生减小，如图3所示。这表明器件的封装可靠性高，不存在长期缓慢漏液的失效问题。
综上所述，本发明所提出的方法，实现了对叠层结构超级电容器的柔性化封装。封装后的器件在冲击作用下在厚度方向具有一定的可压缩性，可产生易于辨识的冲击敏感电压峰信号，具有应用于自储能冲击传感器的潜力。此外，本发明还实现了多单体串联式封装，可制作具有高供电电压的实用化样机，满足不同应用场景的需求。
Claims (1)
1.一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法，包括单体封装和多单体串联封装；其特征在于，
一，单体封装包括采用弹性法兰，确保弹性正电极和弹性负电极容易产生受压形变；通过针孔注液，保证内部真空环境，防止因长期缓慢产气而损伤封装的稳定性；密封条进行二次密封，进一步确保器件封装结构的可靠性；具体步骤如下：
（1）通过切片机切割得到集流体、弹性正电极、隔膜和弹性负电极；其中弹性正电极和弹性负电极的长宽尺寸小于集流体和隔膜的长宽尺寸；
（2）打孔器切割加工弹性法兰，使其内圈尺寸与弹性正电极和弹性负电极相同，外圈尺寸与集流体相同；该弹性法兰的厚度小于弹性正电极、隔膜和弹性负电极的总厚度；封装后的器件单体具有良好的储能特性，放电电流达到 10 mA 级；
（3）将弹性正电极和弹性负电极置于弹性法兰内圈中，将集流体-弹性正电极-隔膜-弹性负电极-集流体五层结构依次叠放，使层与层之间紧密接触，消除接触电阻的影响；
（4）将浩森胶业生产的HS898型号的橡胶专用胶水，涂覆在层间缝隙处，待固化后，形成层间紧密封装结构；
（5）将两支注射器通过针孔插入电容器内部，其中一支装满电解液，另一支空置用于抽气，使电容器内形成真空环境，电解液在空气压力作用下充满电容器内部空间；
（6）拔出针头，将HS898型号的橡胶专用胶水涂覆在针孔处，利用密封条进行二次封装，强化可靠性；
二，多个单体进行串联，完成电容器的器件级封装，具体步骤如下：
（1）将多个完成单体封装的单体以叠层结构依次放置，将电容器正负极的两只极耳通过超声焊方式焊接到集流体上；
（2）将叠层式器件放置到金属或塑料壳体内，并通过机械装卡方式，使各单体之间在厚度方向紧密接触，进一步消除接触电阻；
（3）将Hasuncast公司生产的142SW型号环氧树脂类柔性树脂胶灌封在壳体内的剩余空间，固化后形成气密封装结构，避免器件内部电解液的挥发，保障电容器性能的长期稳定；消除层间接触电阻产生的力学冲击失效，避免封装结构刚度过高的不利影响。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811343606.XA CN109346336B (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811343606.XA CN109346336B (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109346336A CN109346336A (zh) | 2019-02-15 |
| CN109346336B true CN109346336B (zh) | 2021-04-20 |
Family
ID=65314877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811343606.XA Active CN109346336B (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109346336B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110246701B (zh) * | 2019-06-28 | 2020-11-13 | 清华大学 | 一种具有冲击传感器功能的超级电容器及应用 |
| CN110428975A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-08 | 广州广华精容能源技术有限公司 | 一种基于高弹橡胶的抗过载冲击传感电容器 |
| CN110415982A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-05 | 广州广华精容能源技术有限公司 | 一种基于高弹橡胶的可受压传感电容器 |
| CN110415983A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-05 | 广州广华精容能源技术有限公司 | 一种具有传感性能的储能和传感一体化超级电容器 |
| CN110415998A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-05 | 广州广华精容能源技术有限公司 | 一种抗过载冲击的可储能传感器 |
| CN110411619A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-05 | 广州广华精容能源技术有限公司 | 一种基于高弹橡胶的抗过载冲击储能传感器 |
| CN110411617A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-05 | 广州广华精容能源技术有限公司 | 一种基于高弹橡胶的可受压储能传感器 |
| CN110415981A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-05 | 广州广华精容能源技术有限公司 | 一种抗过载冲击的可传感电容器 |
| CN110718401A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-21 | 广州广华精容能源技术有限公司 | 一种集成储能和传感功能的柔性超级电容器及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002358949A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-13 | Nec Tokin Corp | 電池の製造方法 |
| JP2007194105A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Nec Tokin Corp | プロトン伝導型ポリマー電池 |
| CN206441805U (zh) * | 2016-10-18 | 2017-08-25 | 南京大学（苏州）高新技术研究院 | 一种多孔材料电极片真空加注电解液装置 |
| CN106872727B (zh) * | 2017-01-18 | 2019-06-04 | 清华大学 | 一种基于压阻效应的自供电加速度传感器及其制造方法 |
-
2018
- 2018-11-13 CN CN201811343606.XA patent/CN109346336B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109346336A (zh) | 2019-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109346336B (zh) | 一种叠层结构超级电容器的柔性封装方法 | |
| KR100428693B1 (ko) | 전기2중층 콘덴서 및 전지 | |
| TW202127706A (zh) | 一種電池、電池模組、電池包和電動車 | |
| CN104811084A (zh) | 摩擦发电机、触压传感器及触压传感器的制作方法 | |
| JP2012169204A (ja) | 電池構造体 | |
| CN211088322U (zh) | 一种锂电池结构 | |
| CN204258659U (zh) | 摩擦发电机和应用摩擦发电机的触压传感器 | |
| US20150002990A1 (en) | Packaging structures of an energy storage device | |
| TW569257B (en) | Electric double layer capacitor of low ESR value and a method of fabricating same with low percent defective | |
| CN101714608A (zh) | 压电聚合物薄膜传感器的封装方法 | |
| KR101222873B1 (ko) | 표면 실장형 슈퍼 커패시터 | |
| JP2013114987A (ja) | 電池の内圧測定方法 | |
| KR100437602B1 (ko) | 전지제조방법 | |
| CN212136579U (zh) | 无磁化锂电池 | |
| CN209544409U (zh) | 一种改善跌落性能的锂离子电池 | |
| KR101211668B1 (ko) | 표면 실장형 슈퍼 커패시터 | |
| CN107946075B (zh) | 叠层电容器 | |
| CN206402567U (zh) | 密封配件及装配有该密封配件的电子设备 | |
| JP2002280059A (ja) | 電池及び電気二重層コンデンサ並びにそれらの製造方法 | |
| CN110415983A (zh) | 一种具有传感性能的储能和传感一体化超级电容器 | |
| CN111697269A (zh) | 一种电池及其制备方法 | |
| CN112531296A (zh) | 极耳及软包电池 | |
| JP4672956B2 (ja) | 電気二重層キャパシタの製造方法 | |
| CN220585070U (zh) | 一种气密封高分子贴片钽电容器 | |
| CN111223672B (zh) | 一种微短路结构的冲击自传感超级电容器及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |