CN110189923A - 一种双电层超级电容器卷芯和超级电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双电层超级电容器及其卷芯，卷芯由负电极、第一电解纸、正电极、和第二电解纸从内到外卷绕而成；正电极上连接有正极引线，负电极上连接有负极引线，正电极具有第一面和第二面，正极引线连接在第一面上，正电极在第一面上对应于正极引线的连接位置处设置有第一留白区；负电极具有第三面和第四面，负极引线连接在第三面上，负电极在第三面上对应于负极引线的连接位置处设置有第二留白区；正电极在临近负极引线的一面上对应于第二留白区的位置设置有第三留白区。本发明的双电层电容器卷芯，避免了有活性涂层的正电极对着无活性涂层的负极引线钉接位；可以防止双电层电容器在负极引线处电解纸变脆、碎裂等问题，减少短路隐患。
Description
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，特别涉及一种双电层超级电容器卷芯和超级电容器。
背景技术
电容器是电子设备和电力设备中必不可少的基础元件。
现有的双电层超级电容器（EDLC），卷绕方式有多采用正包负方式以及负包正方式。正包负方式即卷绕时正电极30在外层，负电极10在内层。负包正方式则相反。因为对于双电层超级电容器产品，当正电极和负电极的活性涂层为1：1时，正包负方式较负包正卷绕可获得更好自放电性能。
而负包正方式卷绕的双电层超级电容器（图中未示出），则涂布活性物质时，正电极的活性涂层要多于负电极活性涂层，才能获得与正包负相同的自放电性能和漏电流性能，目前活性涂层材料的价格不低，相对来说负包正方式的成本更高。
现有的正包负方式双电层超级电容器，正电极和负电极均包括金属箔层以及位于金属箔层正反两面的活性涂层。电极引线50、60分别固定连接在金属箔层的相应表面上。正电极的正反两面上在连接位置处分别设置有留白区，负电极的正反两面上在连接位置处也分别设置有留白区。
如图1~图2所示，为正包负方式卷绕的双电层超级电容器卷芯示意图。
图3中包括正电极30的第一面31和第二面32上留白区所对应的示意图，图中，311为第一面31上第一留白区，321为第二面32上第三留白区。图3中还包括负电极10的第三面12和第四面11上留白区所对应的示意图，111为第四面11上第四留白区，121为第三面12上第二留白区。
实践发现，现有的双电层超级电容器，在使用过程中随着时间的推移，负电极钉接负极引线处，即第二留白区121，所对着的电解纸会逐渐发黄、失去纸的韧性，经拆解后发现此处电解纸变脆、出现碎裂。尤其是采用越高比容的活性涂层材料制备的双电层超级电容器，越快出现该问题。
若卷芯的电解纸能保持不发生任何移动，或直至工作结束电解纸未发生破损，则双电层超级电容器可在工作期限内正常工作；否则易发生电性能加速恶化或短路，此为严重缺陷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种双电层超级电容器卷芯，所述卷芯由负电极、第一电解纸、正电极、和第二电解纸从内到外卷绕而成；所述正电极和负电极的正反两面上均具有活性涂层，所述正电极上连接有正极引线，所述负电极上连接有负极引线，其特征在于，
所述正电极具有第一面和第二面，所述正极引线连接在第一面上，所述正电极在第一面上对应于所述正极引线的连接位置处设置有第一留白区；
所述负电极具有第三面和第四面，所述负极引线连接在第三面上，所述负电极在第三面上对应于所述负极引线的连接位置处设置有第二留白区；
所述正电极在临近负极引线的一面上对应于第二留白区的位置设置有第三留白区。
进一步的，所述负电极第四面上未设置留白区。
进一步的，所述正电极的第一面位于卷芯的外圈，所述第二面相对位于卷芯的内圈；所述负电极的第三面位于卷芯的外圈，所述第四面相对位于卷芯的内圈；所述第三留白区位于正电极的第二面。
进一步的，所述第一留白区的宽度与正极引线宽度相适应；所述第二留白区的宽度与负极引线宽度相适应。
进一步的，所述第三留白区的宽度大于所述第一留白区的宽度。
进一步的，所述正电极第一面的尾部设置第五留白区，所述第五留白区在卷绕后位于卷芯外圈的外侧面。
进一步的，所述正电极的第一面位于卷芯的内圈，所述第二面相对位于卷芯的外圈；所述负电极的第三面位于卷芯的外圈，所述第四面相对位于卷芯的内圈；所述第三留白区位于正电极的第一面，且第三留白区的范围包含第一留白区。
进一步的，所述正电极第二面的尾部设置第五留白区，所述第五留白区在卷绕后位于卷芯外圈的外侧面。
进一步的，所述正电极和负电极均包括金属箔层，所述金属箔层上的活性涂层为活性炭；所述正极引线和负极引线为导针；或者，所述正极引线和负极引线为引箔条。
本发明提供了一种超级电容器，包括外壳，以及如上所述的双电层超级电容器卷芯。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的双电层超级电容器卷芯，通过正负电极片特殊的留白设计和卷绕方式，使负极引线处无活性涂层的导针位第二留白区刚好对着正电极无活性涂层的第三留白区。避免了有活性涂层的正电极对着无活性涂层的负极引线钉接位；可以防止双电层超级电容器在负极引线处电解纸变脆、碎裂等问题，减少短路隐患。且该方法在现有设备条件下即可实现，无需额外增加其它零部件。对于采用目前市面上高比容的活性涂层材料制备的高容量双电层超级电容器尤为有效。
附图说明
图1为现有技术所述的一种双电层超级电容器卷芯的多层结构示意图；
图2为现有技术所述的一种双电层超级电容器卷芯的卷绕方向示意图；
图3为现有技术所述的一种双电层超级电容器卷芯的负电极和正电极的正反两面示意图；
图4为本发明实施例一所述的一种双电层超级电容器卷芯的多层结构示意图；
图5为本发明实施例一所述的一种双电层超级电容器卷芯的负电极和正电极的正反两面示意图；
图6为本发明实施例一所述的一种双电层超级电容器卷芯的第五留白区的示意图；
图7为本发明实施例二所述的一种双电层超级电容器卷芯的多层结构示意图。
附图标记：
10-负电极、20-第一电解纸、30-正电极、40-第二电解纸、60-正极引线、50-负极引线、31-第一面、32-第二面、12-第三面、11-第四面、311-第一留白区，321-第三留白区、111-第四留白区、121-第二留白区、331-第五留白区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的一种超级电容器卷芯及超级电容器的结构和作用原理作进一步说明：
实施例一：
如图4、图5所示，为本发明实施例一。
本具体实施例提供了一种双电层超级电容器卷芯。该卷芯由负电极10、第一电解纸20、正电极30、和第二电解纸40从内到外同步卷绕而成。
在正电极30和负电极10的正反两面上均具有活性涂层。具体的，正电极30和负电极10均包括金属箔层，在金属箔层的正反两表面涂覆有活性涂层。金属箔层为铝箔、铜箔或镍箔的任意一种。活性涂层为活性炭。
在正电极30上连接有正极引线60，在负电极10上连接有负极引线50。正极引线60和负极引线50可以为导针，也可以为引箔条。例如，正极引线60和负极引线50为导针，导针通过铆接方式钉接在相应电极上。铆接方式可以是冷铆或者刺铆。
正电极30具有第一面31和位于第一面31背面的第二面32，正极引线60连接在第一面31上；正电极30在第一面31上对应于正极引线60的连接位置处设置有第一留白区311。在本申请中，所述的留白区指该区域不具有活性涂层。正极引线60在第一留白区311处与正电极30进行钉接以实现电连接。
需要说明的，以上留白区，可以通过多种方法实现。正电极30和负电极10的金属箔层上活性涂层的涂布方式有连续涂布和间隙涂布。采用间隙涂布时，可以直接在极片上预留出留白区，不做活性炭涂覆。而采用连续涂布时，在涂覆活性炭后形成碳层厚，还需要另外将钉接位置处的碳层刮除，再钉接导针等电极引线以减少接触内阻。目前多采用间隙涂布，在涂布时就预留引线钉接位的留白区。
负电极10具有第三面12和位于第三面12背面的第四面11，负极引线50连接在第三面12上，负电极10的第三面12上对应于所述负极引线50的连接位置处设置有第二留白区121。负极引线50在第一留白区311处与负电极10进行钉接以实现电连接。
正电极30在临近负极引线50的一面上对应于第二留白区121的位置设置有第三留白区321，以便在卷绕时避开负电极10上负极引线50钉接位置。在本实施例中，正电极30的第二面32临近负极引线50，第三留白区321位于正电极30的第二面32。
卷绕时，正电极30的第一面31（正面）在外圈，设置有第三留白区321的第二面32（反面）在内圈；而负电极10有第二留白区121的第三面12（反面）在外圈。正极引线60、负极引线50均钉接在相应电极的外圈面。这样，处于内圈的正电极30活性涂层相对应的是负电极10的第三面12（反面）活性涂层，负电极10无活性涂层的负极引线50钉接位刚好对着正电极30无活性涂层的第三留白区321。
在本实施例中，正电极30的第一面31位于卷芯的外圈，所述第二面32相对位于卷芯的内圈；所述负电极10的第三面12位于卷芯的外圈，所述第四面11相对位于卷芯的内圈。正极引线60和负极引线50均钉接在相应电极的外圈面。
本领域技术人员可以理解的是，图2中所示的正极引线60的虚线部分，表示正极引线60的的该部分位于第二面32的背面，即第一面31上。负极引线50的虚线部分，表示负极引线50的的该部分位于第四面11的背面，即第三面12上。在此不再一一赘述。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的双电层超级电容器卷芯，通过正负电极10片特殊的留白设计和卷绕方式，使负极引线50钉接位处无活性涂层的第二留白区121刚好对着正电极30无活性涂层的第三留白区321。避免了有活性涂层的正电极30对着无活性涂层的负极引线50钉接位；可以防止双电层超级电容器在负极引线50处电解纸变脆、碎裂等问题，减少短路隐患。且该方法在现有设备条件下即可实现，无需额外增加其它零部件。对于采用目前市面上高比容的活性涂层材料制备的高容量双电层超级电容器尤为有效。
负电极10第四面11，可以与现有技术相同，在第四面11上对应于负极引线50钉接位处设置有留白区。但是，申请人发现，正电极30第一面31卷入卷芯后相对应的是负电极10的第四面11，作为进一步改善的方案，负电极10第四面11上未设置留白区，负电极10第四面11上采用连续涂布，全部涂覆活性涂层。这样，相对处于外圈的正电极涂层卷入芯包后对应的是负电极的连续涂层面，避免了正电极30涂层区域所对应的负电极10无涂层的问题。
正电极30上第一留白区311的宽度与正极引线60宽度相适应。负电极10上第二留白区121的宽度与负极引线50宽度相适应。
第三留白区321的宽度相对更宽一些，所述第三留白区321的宽度大于所述第一留白区311的宽度。
另外，正电极30在卷绕完成后相对位于卷芯的外圈，最外层包覆有第二电解纸40。一般来说，卷绕最外一圈时，负电极10已用完，因此正电极30最外一圈的外侧面上涂层区域将无负极涂层与之相对应，则包覆在最外层的第二电解纸40也可观察到发黄、脆化、断裂等现象。虽然最外圈的第二电解纸40损坏不至于导致产品短路，但是也存在安全隐患。作为改善方案，可将正电极30尾部涂层刮除，尾部涂层刮除后形成正电极30的第五留白区331，如图6所示。第五留白区331在卷绕后，位于卷芯外圈的外侧面，使外圈的正极30为光箔，这样可以避免包覆在最外层的第二电解纸40出现发黄、脆化、断裂等现象。
在本实施例中，第一面31位于正电极30外圈的外侧面，第五留白区331位于正电极30的第一面31的尾部。
实施例二：
本具体实施例提供了一种双电层超级电容器卷芯。与实施例一不同的是，如图7所示，在本实施例中，正电极30的第一面31位于卷芯的内圈，第二面32相对位于卷芯的外圈。在本实施例中，正极引线60钉接在正电极30上第一留白区311处，则卷绕后正极引线60相对正电极30位于内圈，负极引线50相对负电极10位于外圈。正电极30的第一面31临近负极引线50，第三留白区321位于正电极30的第一面31。第三留白区321的范围包含第一留白区311。
该方案也可以使负极引线50钉接位处无活性涂层的第二留白区121刚好对着正电极30无活性涂层的第三留白区321。避免了有活性涂层的正电极30对着无活性涂层的负极引线50钉接位；可以防止双电层超级电容器在负极引线50处电解纸变脆、碎裂等问题，减少短路隐患。
在本实施例中，第二面32位于正电极30外圈的外侧面，第五留白区331位于正电极30的第二面32的尾部。
实施例三：
本具体实施例提供了一种超级电容器，包括外壳，以及如以上任一项实施例所提供的双电层超级电容器卷芯。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的双电层超级电容器卷芯，通过正负电极片特殊的留白设计和卷绕方式，使负极引线处无活性涂层的导针位第二留白区刚好对着正电极无活性涂层的第三留白区。避免了有活性涂层的正电极对着无活性涂层的负极引线钉接位；可以防止双电层超级电容器在负极引线处电解纸变脆、碎裂等问题，减少短路隐患。且该方法在现有设备条件下即可实现，无需额外增加其它零部件。对于采用目前市面上高比容的活性涂层材料制备的高容量双电层超级电容器尤为有效。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种双电层超级电容器卷芯，所述卷芯由负电极、第一电解纸、正电极、和第二电解纸从内到外卷绕而成；所述正电极和负电极的正反两面上均具有活性涂层，所述正电极上连接有正极引线，所述负电极上连接有负极引线，其特征在于，
所述正电极具有第一面和第二面，所述正极引线连接在第一面上，所述正电极在第一面上对应于所述正极引线的连接位置处设置有第一留白区；
所述负电极具有第三面和第四面，所述负极引线连接在第三面上，所述负电极在第三面上对应于所述负极引线的连接位置处设置有第二留白区；
所述正电极在临近负极引线的一面上对应于第二留白区的位置设置有第三留白区。
2.如权利要求1所述的双电层超级电容器卷芯，其特征在于，所述负电极第四面上未设置留白区。
3.如权利要求1所述的双电层超级电容器卷芯，其特征在于，所述正电极的第一面位于卷芯的外圈，所述第二面相对位于卷芯的内圈；所述负电极的第三面位于卷芯的外圈，所述第四面相对位于卷芯的内圈；所述第三留白区位于正电极的第二面。
4.如权利要求3所述的双电层超级电容器卷芯，其特征在于，所述第一留白区的宽度与正极引线宽度相适应；所述第二留白区的宽度与负极引线宽度相适应。
5.如权利要求4所述的双电层超级电容器卷芯，其特征在于，所述第三留白区的宽度大于所述第一留白区的宽度。
6.如权利要求3所述的双电层超级电容器卷芯，其特征在于，所述正电极第一面的尾部设置第五留白区，所述第五留白区在卷绕后位于卷芯外圈的外侧面。
7.如权利要求1所述的双电层超级电容器卷芯，其特征在于，所述正电极的第一面位于卷芯的内圈，所述第二面相对位于卷芯的外圈；所述负电极的第三面位于卷芯的外圈，所述第四面相对位于卷芯的内圈；所述第三留白区位于正电极的第一面，且第三留白区的范围包含第一留白区。
8.如权利要求7所述的双电层超级电容器卷芯，其特征在于，所述正电极第二面的尾部设置第五留白区，所述第五留白区在卷绕后位于卷芯外圈的外侧面。
9.如权利要求1所述的双电层超级电容器卷芯，其特征在于，所述正电极和负电极均包括金属箔层，所述金属箔层上的活性涂层为活性炭；所述正极引线和负极引线为导针；或者，所述正极引线和负极引线为引箔条。
10.一种超级电容器，包括外壳，以及如权利要求1至9任一所述的双电层超级电容器卷芯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190830 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |