CN113192763A - 一种针式电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针式电容器及其制备方法,包括壳体、卷芯、正极胶塞、负极胶塞,所述卷芯包括正极极片、隔膜、负极极片,所述正极极片长度方向的一端留有正极空白铝箔,所述负极极片长度方向的一端留有负极空白铝箔,所述正极极片、隔膜、负极极片依次叠放并卷绕成卷芯,所述正极空白铝箔和负极空白铝箔位于卷芯的不同侧,且均超出隔膜以向外露出。本发明在卷芯的两端预留正极空白铝箔和负极空白铝箔,并经压实后分别与对应的正极导针和负极导针焊接,这样将正极导针和负极导针设置在卷芯的两端而不是位于同一侧,能够实现更小直径的针式电容器的制备,适用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域,具体涉及一种针式电容器及其制备方法。
背景技术
超级电容器是近年来一种新兴的电荷储能器件,寿命长、安全可靠、储能巨大,是一种理想的储能装置。它兼具普通电容器的大电流快速充放电特性与电池的储能特性,填补了普通电容器与电池之间比能量与比功率的空白。
目前小型圆柱超级电容器外形和传统的铝电解电容器一样,如图1所示,由正负电极和隔膜组成的传统卷芯1通过正极铝舌2和负极铝舌3钉铆的形式引出壳外,受限于正负极铝舌的宽度,铝舌宽度过小会影响钉铆强度,很容易断裂。另外正负极同端引出,直径过小会导致正负极引线之间距离太小,增加短路风险,目前小型圆柱超级电容器最小直径为6mm。这就导致超级电容器直径在一些直径要求比较小的应用场合并不适用。
发明内容
为解决现有技术存在的问题,本发明提供一种针式电容器及其制备方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种针式电容器,包括壳体、卷芯、正极胶塞、负极胶塞,所述卷芯位于壳体内并由正极胶塞和负极胶塞进行封装,所述卷芯包括正极极片、隔膜、负极极片,所述正极极片长度方向的一端留有正极空白铝箔,所述负极极片长度方向的一端留有负极空白铝箔,所述正极极片、隔膜、负极极片依次叠放并卷绕成卷芯,所述正极空白铝箔和负极空白铝箔位于卷芯的不同侧,且均超出隔膜以向外露出,所述正极空白铝箔压实后焊接正极导针,所述负极空白铝箔压实后焊接负极导针,所述正极导针穿过正极胶塞延伸至壳体的外侧,所述负极导针穿过负极胶塞延伸至壳体的外侧。
在上述任一方案中优选的是,所述正积极片包括正极活性物质和正极金属铝箔,所述正极活性物质粘附在正极金属铝箔上,在长度方向上未粘附的部分形成所述正极空白铝箔。
在上述任一方案中优选的是,所述负积极片包括负极活性物质和负极金属铝箔,所述负极活性物质粘附在负极金属铝箔上,在长度方向上未粘附的部分形成所述负极空白铝箔。
在上述任一方案中优选的是,所述正极空白铝箔向卷芯中心聚拢压实形成正极耳焊接面,正极耳焊接面上焊接正极导针,负极空白铝箔向卷芯中心聚拢压实形成负极极耳焊接面,负极极耳焊接面焊接负极导针。
在上述任一方案中优选的是,所述隔膜为多孔PP或纤维素,所述隔膜的长度均大于正极极片和负极极片的长度,所述隔膜的宽度大于正极活性物质粘附在正极金属铝箔上的宽度,同时也大于负极活性物质粘附在负极金属铝箔上的宽度。
在上述任一方案中优选的是,所述正极胶塞和负极胶塞上均设有引线孔,所述正极导针从正极胶塞上的引线孔穿过,所述负极导针从负极胶塞上的引线孔穿过。
一种针式电容器的制备方法,包括以下步骤,所述针式电容器为上述中任一项所述的针式电容器
S1,将正极活性物质粘附在正极金属铝箔上,并在长度方向的一端预留正极空白铝箔,形成正极极片,将负极活性物质粘附在负极金属铝箔上,并在长度方向的一端预留负极空白铝箔,形成负极极片;
S2,步骤S1中正极极片和负极极片制作好后,将正极极片、隔膜和负极极片依次叠放卷绕形成卷芯,且正极空白铝箔和负极空白铝箔分别位于卷芯的两端,正极空白铝箔和负极空白铝箔向外延伸露在隔膜的外侧;
S3,将正极空白铝箔和负极空白铝箔均向卷芯的中心方向聚拢压实,以形成正极耳焊接面和负极耳焊接面;
S4,将正极导针焊接在正极耳焊接面上,负极导针焊接在负极耳焊接面上;将正极胶塞套在卷芯的正极导针上,负极胶塞套在负极导针上;
S5,将卷芯经过设定烘烤时间和烘烤温度进行烘烤,烘烤后将卷芯在电解液中按照设定浸泡时间进行浸泡,充分吸收电解液;
S6,将步骤S5中的卷芯放置在壳体内,并使正极胶塞和负极胶塞位于壳体内的两端,压缩正极胶塞和负极胶塞对应的壳体部位,对壳体进行封口以达到密封,防止电解液泄露,最终形成针式电容器。
在上述任一方案中优选的是,所述烘烤时间为11-14小时,所述烘烤温度为120℃-145℃,所述浸泡时间为25-50min。
在上述任一方案中优选的是,步骤S5中的电解液包括溶质和溶剂,所述溶质为Et4NBF4、 MeEt3NBF4、DMPBF4中的一种或多种组合构成,所述溶剂为AN、PC中的一种或多种组合构成。
与现有技术相比,本发明提供的一种针式电容器及其制备方法具有以下有益效果:
1、在卷芯的两端预留正极空白铝箔和负极空白铝箔,并经压实后分别与对应的正极导针和负极导针焊接,这样将正极导针和负极导针设置在卷芯的两端而不是位于同一侧,能够实现更小直径的针式电容器的制备,直径可以做到4mm以下,适用范围更广;
2、卷芯卷绕完成后,正极空白铝箔和负极空白铝箔均向卷芯的中心聚拢被压实无缝隙,防止后续焊接出现爆点。
附图说明
图1为传统铝电解电容器轴向示意图;
图2为本发明提供的一种针式电容器的整体剖视图;
图3为图1中正极极片示意图;
图4为图1中负极极片示意图;
图5为图1中卷芯剖面示意图;
图6为图1中正极导针结构示意图;
图7为图1中负极导针结构示意图;
图8为图1中正负极导针焊接示意图。
图中标注说明:1、传统卷芯;2、正极铝舌;3、负极铝舌;4、正极极片;4.1、正极空白铝箔;5、负极极片;5.1、负极空白铝箔;6、隔膜;7、正极导针;7.1、正极耳焊接面;8、负极导针;8.1、负极耳焊接面;9、卷芯;10、正极胶塞;11、负极胶塞;12、壳体。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容,下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
如图2-8所示,按照本发明提供的一种针式电容器的一实施例,包括壳体12、卷芯9、正极胶塞10、负极胶塞11,所述卷芯9位于壳体12内并由正极胶塞10和负极胶塞11进行封装,所述卷芯9包括正极极片4、隔膜6、负极极片5,所述正极极片4长度方向的一端留有正极空白铝箔4.1,所述负极极片5长度方向的一端留有负极空白铝箔5.1,所述正极极片4、隔膜6、负极极片5依次叠放并卷绕成卷芯9,所述正极空白铝箔4.1和负极空白铝箔5.1位于卷芯9的不同侧,且均超出隔膜6以向外露出,所述正极空白铝箔4.1压实后焊接正极导针7,所述负极空白铝箔5.1压实后焊接负极导针8,所述正极导针7穿过正极胶塞10延伸至壳体12的外侧,所述负极导针8穿过负极胶塞11延伸至壳体12的外侧。所述壳体12采用铝材料制成。
在正极极片4上留有正极空白铝箔4.1,在负极极片5上留有负极空白铝箔5.1,这样在卷芯9制备后,正极空白铝箔4.1和负极空白铝箔5.1位于卷芯9的两端,并经压实后分别与对应的正极导针7和负极导针8焊接,这样将正极导针7和负极导针8设置在卷芯9 的两端而不是位于同一侧,能够实现更小直径的针式电容器的制备,适用范围更广。
本实施例中针式电容器的直径可以做到4mm以下。
所述正积极片包括正极活性物质和正极金属铝箔,所述正极活性物质粘附在正极金属铝箔上,在长度方向上未粘附的部分形成所述正极空白铝箔4.1。
所述正极活性物质包括活性炭、导电剂、粘结剂,所述活性炭、导电剂和粘结剂的比例为0.6~0.9:0.01~0.2:0.01~0.2。
所述负积极片包括负极活性物质和负极金属铝箔,所述负极活性物质粘附在负极金属铝箔上,在长度方向上未粘附的部分形成所述负极空白铝箔5.1。
所述负极活性物质包括导电材料、导电剂、粘结剂,所述导电材料、导电剂和粘结剂的比例为0.6~0.9:0.01~0.2:0.01~0.2。
在本实施例中,所述导电材料为石墨、硬碳、或硅材料中的一种或多种组合。
其中,正极活性物质和负极活性物质中的导电剂均为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种组合。
所述正极空白铝箔4.1向卷芯9中心聚拢压实形成正极耳焊接面7.1,正极耳焊接面7.1 上焊接正极导针7,负极空白铝箔5.1向卷芯9中心聚拢压实形成负极极耳焊接面,负极极耳焊接面焊接负极导针8,焊接方式可以采用激光焊接或电阻焊接。
其中,正极空白铝箔4.1向卷芯9的中心聚拢压实形成整体,以将相邻正极空白铝箔 4.1之间的间隙压紧,负极空白铝箔5.1向卷芯9的中心聚拢压实形成整体,以将相邻负极空白铝箔5.1之间的间隙压紧,防止后续焊接时出现爆点。
所述隔膜6为多孔PP或纤维素,所述隔膜6的长度均大于正极极片4和负极极片5的长度,所述隔膜6的宽度大于正极活性物质粘附在正极金属铝箔上的宽度,同时也大于负极活性物质粘附在负极金属铝箔上的宽度,保证隔膜6将正极极片4和负极极片5隔开。
所述正极胶塞10和负极胶塞11上均设有引线孔,所述正极导针7从正极胶塞10上的引线孔穿过,所述负极导针8从负极胶塞11上的引线孔穿过,所述胶塞采用EPDM或IIR 材质,具有良好的耐腐蚀性和弹性。
本发明还提供一种针式电容器的制备方法,包括以下步骤,
S1,将正极活性物质粘附在正极金属铝箔上,并在长度方向的一端预留正极空白铝箔 4.1,形成正极极片4,将负极活性物质粘附在负极金属铝箔上,并在长度方向的一端预留负极空白铝箔5.1,形成负极极片5;
S2,步骤S1中正极极片4和负极极片5制作好后,将正极极片4、隔膜6和负极极片5依次叠放卷绕形成卷芯9,且正极空白铝箔4.1和负极空白铝箔5.1分别位于卷芯9的两端;
S3,将正极空白铝箔4.1和负极空白铝箔5.1均向卷芯9的中心方向聚拢压实,以形成正极耳焊接面7.1和负极耳焊接面8.1;
S4,将正极导针7焊接在正极耳焊接面7.1上,负极导针8焊接在负极耳焊接面8.1上;将正极胶塞10套在卷芯9的正极导针7上,负极胶塞11套在负极导针8上;
S5,将卷芯9经过设定烘烤时间和烘烤温度进行烘烤,烘烤后将卷芯9在电解液中按照设定浸泡时间进行浸泡,充分吸收电解液;
S6,将步骤S5中的卷芯9放置在壳体12内,并使正极胶塞10和负极胶塞11位于壳体12内的两端,压缩正极胶塞10和负极胶塞11对应的壳体12部位,对壳体12进行封口以达到密封,防止漏液,最终形成针式电容器。
进一步的,所述烘烤时间为11-14小时,所述烘烤温度为120℃-145℃,所述浸泡时间为25-50min。
优选的,烘烤时间为12小时,烘烤温度为130℃,浸泡时间为30min。
进一步的,步骤S5中的电解液包括溶质和溶剂,所述溶质为Et4NBF4、MeEt3NBF4、DMPBF4中的一种或多种组合构成,所述溶剂为AN、PC中的一种或多种组合构成。
本领域技术人员不难理解,本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合,限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种针式电容器,其特征在于:包括壳体、卷芯、正极胶塞、负极胶塞,所述卷芯位于壳体内并由正极胶塞和负极胶塞进行封装,所述卷芯包括正极极片、隔膜、负极极片,所述正极极片长度方向的一端留有正极空白铝箔,所述负极极片长度方向的一端留有负极空白铝箔,所述正极极片、隔膜、负极极片依次叠放并卷绕成卷芯,所述正极空白铝箔和负极空白铝箔位于卷芯的不同侧,且均超出隔膜以向外露出,所述正极空白铝箔压实后焊接正极导针,所述负极空白铝箔压实后焊接负极导针,所述正极导针穿过正极胶塞延伸至壳体的外侧,所述负极导针穿过负极胶塞延伸至壳体的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种针式电容器,其特征在于:所述正积极片包括正极活性物质和正极金属铝箔,所述正极活性物质粘附在正极金属铝箔上,在长度方向上未粘附的部分形成所述正极空白铝箔。
3.根据权利要求2所述的一种针式电容器,其特征在于:所述负积极片包括负极活性物质和负极金属铝箔,所述负极活性物质粘附在负极金属铝箔上,在长度方向上未粘附的部分形成所述负极空白铝箔。
4.根据权利要求3所述的一种针式电容器,其特征在于:所述正极空白铝箔向卷芯中心聚拢压实形成正极耳焊接面,正极耳焊接面上焊接正极导针,负极空白铝箔向卷芯中心聚拢压实形成负极极耳焊接面,负极极耳焊接面焊接负极导针。
5.根据权利要求3所述的一种针式电容器,其特征在于:所述隔膜为多孔PP或纤维素,所述隔膜的长度均大于正极极片和负极极片的长度,所述隔膜的宽度大于正极活性物质粘附在正极金属铝箔上的宽度,同时也大于负极活性物质粘附在负极金属铝箔上的宽度。
6.根据权利要求4所述的一种针式电容器,其特征在于:所述正极胶塞和负极胶塞上均设有引线孔,所述正极导针从正极胶塞上的引线孔穿过,所述负极导针从负极胶塞上的引线孔穿过。
7.一种针式电容器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤,所述针式电容器为权利要求1-6中任一项所述的针式电容器;
S1,将正极活性物质粘附在正极金属铝箔上,并在长度方向的一端预留正极空白铝箔,形成正极极片,将负极活性物质粘附在负极金属铝箔上,并在长度方向的一端预留负极空白铝箔,形成负极极片;
S2,步骤S1中正极极片和负极极片制作好后,将正极极片、隔膜和负极极片依次叠放卷绕形成卷芯,且正极空白铝箔和负极空白铝箔分别位于卷芯的两端,正极空白铝箔和负极空白铝箔向外延伸露在隔膜的外侧;
S3,将正极空白铝箔和负极空白铝箔均向卷芯的中心方向聚拢压实,以形成正极耳焊接面和负极耳焊接面;
S4,将正极导针焊接在正极耳焊接面上,负极导针焊接在负极耳焊接面上;将正极胶塞套在卷芯的正极导针上,负极胶塞套在负极导针上;
S5,将卷芯经过设定烘烤时间和烘烤温度进行烘烤,烘烤后将卷芯在电解液中按照设定浸泡时间进行浸泡,充分吸收电解液;
S6,将步骤S5中的卷芯放置在壳体内,并使正极胶塞和负极胶塞位于壳体内的两端,压缩正极胶塞和负极胶塞对应的壳体部位,对壳体进行封口以达到密封,防止电解液泄露,最终形成针式电容器。
8.根据权利要求7所述的一种针式电容器的制备方法,其特征在于:所述烘烤时间为11-14小时,所述烘烤温度为120℃-145℃,所述浸泡时间为25-50min。
9.根据权利要求7所述的一种针式电容器的制备方法,其特征在于:步骤S5中的电解液包括溶质和溶剂,所述溶质为Et4NBF4、MeEt3NBF4、DMPBF4中的一种或多种组合构成,所述溶剂为AN、PC中的一种或多种组合构成。
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