CN116313509B - 一种储能电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电容器技术领域，提供一种储能电容器，包括：容纳壳、封盖、电容卷、第一极耳和第二极耳；容纳壳包括：外壳和内壳，电容卷落入内壳中；电容卷由第一聚丙烯复合薄膜和第二聚丙烯复合薄膜平行同向轴卷形成；第一聚丙烯复合薄膜包括第一聚丙烯基膜，第一聚丙烯基膜的表侧面镀覆有第一金属层；第二聚丙烯复合薄膜包括第二聚丙烯基膜，第二聚丙烯基膜的表侧面镀覆有第二金属层；内壳与外壳套接，外壳与内壳之间设有间隙空间；间隙空间中填充有冷却液。本发明通过设置外壳和内壳，并在外壳和内壳之间形成间隙空间，并在间隙空间中填充入冷却水对电容卷产生的热量进行吸收，从而解决了因为电容卷的频繁充放电而导致的热量积累问题。
Description
技术领域
本发明属于电容器技术领域，特别涉及一种储能电容器。
背景技术
储能电容器包括薄膜电容器，而薄膜电容器中含有薄膜介质，其中，薄膜介质对薄膜电容器的储能性能存在显著影响。利用薄膜为电解质制作成的薄膜电容器在作为储能电容的用途的时候，一般会需要频繁充放电，这种频繁充放电会使得储能电容器产生一定的热量。这种热量积累容易会造成储能电容器的寿命缩短，从而影响到储能电容器的使用期限。因此，如何解决因为频繁充放电而造成的储能电容器的使用寿命下降的问题，是行业内亟需研究的课题。
现有技术中的薄膜介质以聚丙烯薄膜为主，含聚丙烯薄膜的储能电容器的储能性能可使用介电常数和击穿强度进行衡量。一般的含聚丙烯薄膜的储能电容器的介电常数小于15(10GHz)，击穿强度小于5000(KV/cm)。现有技术中通过改进聚丙烯薄膜来提升储能电容器的储能性能，改进后的储能电容器其介电常数不大于16.5(10GHz)，击穿强度不超过5204(KV/cm)。然而，为了进一步扩大储能电容器的应用，目前已有的储能电容器的储能性能依然有待提高。
因此，亟需提供一种新的储能电容器。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种储能电容器，所述储能电容器具有良好的储能性能，其对应的介电常数大于18.5(10GHz)，击穿强度大于5500(KV/cm)。
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供以下技术方案。
一种储能电容器，包括：容纳壳、封盖、电容卷、第一极耳和第二极耳；
所述容纳壳包括：外壳和内壳，所述电容卷落入所述内壳中；所述电容卷由第一聚丙烯复合薄膜和第二聚丙烯复合薄膜平行同向轴卷形成；
所述第一聚丙烯复合薄膜包括：第一聚丙烯基膜，所述第一聚丙烯基膜的表侧面镀覆有第一金属层；所述第二聚丙烯复合薄膜包括：第二聚丙烯基膜，所述第二聚丙烯基膜的表侧面镀覆有第二金属层；
所述内壳与外壳套接，所述外壳与内壳之间设有间隙空间，所述间隙空间的顶部设有密封圈；所述间隙空间中填充有冷却液；
所述第一极耳和第二极耳嵌入到所述封盖中，所述第一金属层与第一极耳连接，所述第二金属层与第二极耳连接；所述封盖用于对容纳壳进行封闭；所述外壳和内壳均为金属材质。
优选的，所述冷却液为去离子水。
优选的，所述第一聚丙烯基膜的制备方法与第二聚丙烯基膜的制备方法相同；
所述第一聚丙烯基膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锌、二甲基甲酰胺混合，超声分散，然后加入聚合物A，加热升温，保温，干燥，球磨，制得改性氧化锌；所述聚合物A选自二氨基聚硅氧烷或甲基-乙烯基(硅氧烷与聚硅氧烷)；
(2)将二氧化铈、乙二醇单甲醚混合，超声分散，然后加入聚合物B，加热升温，保温，干燥，球磨，制得改性二氧化铈；所述聚合物B选自聚乳酸、聚甲基丙烯酸或聚磷酸酯中的至少一种；
(3)将聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂混合，加热至熔融，然后加入步骤(1)制得的改性氧化锌和步骤(2)制得的改性二氧化铈、硅烷偶联剂，混合，加压，挤出，冷却，拉伸，制得所述第一聚丙烯基膜。
优选的，步骤(1)中，所述氧化锌、二甲基甲酰胺、聚合物A的重量比为1：(10-30)：(0.5-2)；进一步优选的，所述氧化锌、二甲基甲酰胺、聚合物A的重量比为1：(15-25)：(0.8-1.5)。
优选的，步骤(1)中，所述加热升温至100-125℃，保温的时间为2-5小时。
优选的，步骤(2)中，所述二氧化铈、乙二醇单甲醚、聚合物B的重量比为1：(15-30)：(1-3)；进一步优选的，所述二氧化铈、乙二醇单甲醚、聚合物B的重量比为1：(18-25)：(1.5-2.5)。
优选的，步骤(2)中，所述加热升温至70-90℃，保温的时间为1-3小时。
优选的，步骤(3)中，聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂、改性氧化锌、改性二氧化铈、硅烷偶联剂的重量比为100：(10-30)：(10-30)：(1-8)：(0.5-3)：(5-20)，优选100：(10-20)：(15-25)：(3-8)：(0.5-2.5)：(10-20)。
优选的，步骤(3)中，所述混合时的搅拌速度为1000-3000转/分钟，优选1500-2500转/分钟。
步骤(3)中，所述加压，挤出，冷却，拉伸的过程为本领域制备聚丙烯基膜的常规操作过程。
优选的，步骤(3)中，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的至少一种。
进一步，步骤(3)中，在加入硅烷偶联剂的同时，还加入助剂，所述助剂包括抗氧化剂、紫外吸收剂中的至少一种。
优选的，步骤(3)中，在加入聚酯树脂时，还加入氟代碳酸乙烯酯。
优选的，所述氟代碳酸乙烯酯的加入重量为聚丙烯的加入重量的1-5％，优选2-3.5％。
上述储能电容器在储能领域中的应用。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明通过设置外壳和内壳，并在外壳和内壳之间形成间隙空间，并在间隙空间中填充入冷却水，通过冷却水来对内壳进行冷区。从而利用内壳来对电容卷产生的热量进行吸收，从而解决了因为电容卷的频繁充放电而导致的热量积累问题。
本发明利用改性氧化锌、改性二氧化铈，配合甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂、硅烷偶联剂，使得制得的聚丙烯基膜应用在储能电容器中，能显著提高储能电容器的储能性能。本发明制得的所述聚丙烯基膜应用在储能电容器中，可显著提高储能电容器的储能性能，使得储能电容器对应的介电常数大于18.5(10GHz)，击穿强度大于5500(KV/cm)。
附图说明
图1是储能电容器的立体结构示意图；
图2是容纳壳的截面图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
本具体实施例提供一种储能电容器，包括：容纳壳100、封盖200、电容卷103、第一极耳101和第二极耳102。容纳壳的作用是对电容卷进行容纳，其中，容纳壳100的结构为双层嵌套结构，整体的容纳壳包括外壳105和内壳104。内壳104的主要作用为对电容卷103进行容纳。而外壳105则对内壳进行容纳。在外壳105的侧壁与内壳104的侧壁之间会形成间隙空间，这个间隙空间的作用是用于容纳冷却液106的。为了将冷却液106锁定在间隙空间中，在间隙空间的顶部会设置有密封圈107。通过密封圈107将间隙空间进行顶封，从而将在间隙空间中的冷却液106进行锁定。
冷却液106的作用是对外壳105和内壳104进行热平衡。将冷却液106作为导热介质，将内壳104的热量迅速传导到外壳105。其中，外壳106和内壳104的材质均为金属材质。在本具体实施例中，外壳106和内壳104均为铝材质。在本具体实施例中，所述冷却液106为去离子水。
当电容卷103因为频繁充放电且工艺问题造成电容卷产生热量，这种热量会被内壳104所吸收。为了使得内壳104的热量迅速导走，避免热量积累。因此，通过冷却液106将内壳104的侧壁包裹，从而将内壳104的侧壁的热量进行迅速吸收。由于冷却液106同时与外壳105导热连接，因此，冷却液106从内壳104中所吸收的热量会被传递给外壳105，从而通过外壳105将热量散发到外部的空气中。
电容卷103是由第一聚丙烯复合薄膜和第二聚丙烯复合薄膜平行同向轴卷形成；所述第一聚丙烯复合薄膜包括：第一聚丙烯基膜，所述第一聚丙烯基膜的表侧面镀覆有第一金属层；所述第二聚丙烯复合薄膜包括：第二聚丙烯基膜，所述第二聚丙烯基膜的表侧面镀覆有第二金属层。
其中，在本具体实施例中，第一金属层是通过蒸镀方式镀覆在第一聚丙烯基膜的表侧面上；第二金属层是通过蒸镀方式镀覆在第二聚丙烯基膜的表侧面上。第一金属层和第二金属层均为铝金属层。第一金属层作为电容卷103的一个电极并与第一极耳101连接，第二金属层作为电容卷103的另一电极并与第二极耳102连接。封盖200的作用是对容纳壳100进行封闭，其中，第一极耳101和第二极耳102以嵌入的方式，嵌入到封盖中。
本发明通过设置外壳105和内壳104，并在外壳105和内壳104之间形成间隙空间，并在间隙空间中填充入冷却水106，通过冷却水106来对内壳104进行冷区。从而利用内壳104来对电容卷103产生的热量进行吸收，从而解决了因为电容卷103的频繁充放电而导致的热量积累问题。
第一聚丙烯基膜的材质和第二聚丙烯基膜的材质相同。以第一聚丙烯基膜为例，可以通过现有技术的生成工艺来得到第一聚丙烯基膜。但是，通过现有的生成工艺得到的第一聚丙烯基膜其的介电常数不高。而且通过现有的生成工艺得到的第一聚丙烯基膜所制作成的储能薄膜电容器，其的储能密度相对较低，耐压性能不好。因此，本申请还提供对于第一聚丙烯基膜的制备方法，通过该方法所制作成的第一聚丙烯基膜可以很好的解决现有技术中的缺陷。使得整个储能薄膜电容器具有较高的储能密度和较好的耐压性能。
实施例1：第一聚丙烯基膜的制备
第一聚丙烯基膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锌、二甲基甲酰胺混合，超声分散30分钟，然后加入聚合物A(二氨基聚硅氧烷)，搅拌，加热升温至105℃，保温，保温的时间为2小时，干燥，球磨，制得改性氧化锌，氧化锌、二甲基甲酰胺、聚合物A的重量比为1：20：1.2；
(2)将二氧化铈、乙二醇单甲醚混合，超声分散60分钟，然后加入聚合物B(聚甲基丙烯酸)，搅拌，加热升温至80℃，保温，保温的时间为1.5小时，干燥，球磨，制得改性二氧化铈，二氧化铈、乙二醇单甲醚、聚合物B的重量比为1：18：2.5；
(3)将聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂混合，加热至熔融，然后加入步骤(1)制得的改性氧化锌和步骤(2)制得的改性二氧化铈、硅烷偶联剂(乙烯基三乙氧基硅烷)，混合，混合时的搅拌速度为2500转/分钟，加压，挤出，冷却，拉伸(加压，挤出，冷却，拉伸的过程为本领域制备聚丙烯基膜的常规操作过程)，制得第一聚丙烯基膜，其中，聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂、改性氧化锌、改性二氧化铈、硅烷偶联剂的重量比为100：12：25：5：2：10。
实施例2：第一聚丙烯基膜的制备
第一聚丙烯基膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锌、二甲基甲酰胺混合，超声分散40分钟，然后加入聚合物A(甲基-乙烯基(硅氧烷与聚硅氧烷))，搅拌，加热升温至100℃，保温，保温的时间为3小时，干燥，球磨，制得改性氧化锌，氧化锌、二甲基甲酰胺、聚合物A的重量比为1：25：1.6；
(2)将二氧化铈、乙二醇单甲醚混合，超声分散60分钟，然后加入聚合物B(聚磷酸酯)，搅拌，加热升温至90℃，保温，保温的时间为1.5小时，干燥，球磨，制得改性二氧化铈，二氧化铈、乙二醇单甲醚、聚合物B的重量比为1：25：2.2；
(3)将聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂混合，加热至熔融，然后加入步骤(1)制得的改性氧化锌和步骤(2)制得的改性二氧化铈、硅烷偶联剂(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)，混合，混合时的搅拌速度为2000转/分钟，加压，挤出，冷却，拉伸(加压，挤出，冷却，拉伸的过程为本领域制备聚丙烯基膜的常规操作过程)，制得第一聚丙烯基膜，其中，聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂、改性氧化锌、改性二氧化铈、硅烷偶联剂的重量比为100：18：18：6：1.8：15。
实施例3：第一聚丙烯基膜的制备
第一聚丙烯基膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锌、二甲基甲酰胺混合，超声分散30分钟，然后加入聚合物A(二氨基聚硅氧烷)，搅拌，加热升温至105℃，保温，保温的时间为2小时，干燥，球磨，制得改性氧化锌，氧化锌、二甲基甲酰胺、聚合物A的重量比为1：20：1.2；
(2)将二氧化铈、乙二醇单甲醚混合，超声分散60分钟，然后加入聚合物B(聚甲基丙烯酸)，搅拌，加热升温至80℃，保温，保温的时间为1.5小时，干燥，球磨，制得改性二氧化铈，二氧化铈、乙二醇单甲醚、聚合物B的重量比为1：18：2.5；
(3)将聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂、氟代碳酸乙烯酯混合，加热至熔融，然后加入步骤(1)制得的改性氧化锌和步骤(2)制得的改性二氧化铈、硅烷偶联剂(乙烯基三乙氧基硅烷)，混合，混合时的搅拌速度为2500转/分钟，加压，挤出，冷却，拉伸(加压，挤出，冷却，拉伸的过程为本领域制备聚丙烯基膜的常规操作过程)，制得第一聚丙烯基膜，其中，聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂、改性氧化锌、改性二氧化铈、硅烷偶联剂的重量比为100：12：25：5：2：10，氟代碳酸乙烯酯的加入重量为聚丙烯的加入重量的2.5％。
对比例1
与实施例1相比，对比例1的区别仅在于，对比例1中不对氧化锌进行改性，在步骤(3)中，直接用氧化锌代替实施例1中的改性氧化锌。
对比例2
与实施例1相比，对比例2的区别仅在于，对比例2中不对二氧化铈进行改性，在步骤(3)中，直接用二氧化铈代替实施例1中的改性氧化锌。
对比例3
与实施例1相比，对比例3的区别仅在于，对比例3中分别用等量的聚乙烯醇代替实施例1中的聚合物A(二氨基聚硅氧烷)和聚合物B(聚甲基丙烯酸)。即对比例3相对实施例1而言，改变聚合物A和聚合物B的种类。
对比例4
与实施例1相比，对比例4的区别仅在于，对比例4的步骤(2)中用等量的二氧化锰代替二氧化铈。
产品效果测试
取实施例1-3、对比例1-4制得的第一聚丙烯基膜，按照相同方法，分别组装成储能电容器，再按照常规方法对储能电容器进行介电常数(例如用射频阻抗材料分析仪测试)、击穿强度测试(例如用程控耐压测试仪测试)，结果如表1所示。
表1
| 介电常数(10GHz) | 击穿强度(KV/cm) | |
| 实施例1 | 18.8 | 5598 |
| 实施例2 | 19.1 | 5622 |
| 实施例3 | 19.7 | 5671 |
| 对比例1 | 10.2 | 4352 |
| 对比例2 | 9.9 | 4321 |
| 对比例3 | 15.1 | 5080 |
| 对比例4 | 10.1 | 4341 |
从表1可以看出，本发明实施例1-3制得的第一聚丙烯基膜应用在储能电容器中，可显著提高储能电容器的介电常数和击穿强度。
从表1实施例1-3和对比例1-4的结果可以看出，本发明同时采用特定聚合物对氧化锌和二氧化铈进行改性，然后配合甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂、硅烷偶联剂，使得制得的第一聚丙烯基膜应用在储能电容器中，能显著提高储能电容器的储能性能。
从实施例1和实施例3的结果可以看出，氟代碳酸乙烯酯的加入，可进一步提升储能电容器的储能性能。
Claims (9)
1.一种储能电容器，其特征在于，包括：容纳壳、封盖、电容卷、第一极耳和第二极耳；
所述容纳壳包括：外壳和内壳，所述电容卷落入所述内壳中；所述电容卷由第一聚丙烯复合薄膜和第二聚丙烯复合薄膜平行同向轴卷形成；
所述第一聚丙烯复合薄膜包括：第一聚丙烯基膜，所述第一聚丙烯基膜的表侧面镀覆有第一金属层；所述第二聚丙烯复合薄膜包括：第二聚丙烯基膜，所述第二聚丙烯基膜的表侧面镀覆有第二金属层；
所述内壳与外壳套接，所述外壳与内壳之间设有间隙空间，所述间隙空间的顶部设有密封圈；所述间隙空间中填充有冷却液；
所述第一极耳和第二极耳嵌入到所述封盖中，所述第一金属层与第一极耳连接，所述第二金属层与第二极耳连接；所述封盖用于对容纳壳进行封闭；所述外壳和内壳均为金属材质；
所述第一聚丙烯基膜的制备方法与第二聚丙烯基膜的制备方法相同；
所述第一聚丙烯基膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锌、二甲基甲酰胺混合，超声分散，然后加入聚合物A，加热升温，保温，干燥，球磨，制得改性氧化锌；所述聚合物A选自二氨基聚硅氧烷或甲基-乙烯基(硅氧烷与聚硅氧烷)；
(2)将二氧化铈、乙二醇单甲醚混合，超声分散，然后加入聚合物B，加热升温，保温，干燥，球磨，制得改性二氧化铈；所述聚合物B选自聚乳酸、聚甲基丙烯酸或聚磷酸酯中的至少一种；
(3)将聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂混合，加热至熔融，然后加入步骤(1)制得的改性氧化锌和步骤(2)制得的改性二氧化铈、硅烷偶联剂，混合，加压，挤出，冷却，拉伸，制得所述第一聚丙烯基膜。
2.根据权利要求1所述的储能电容器，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化锌、二甲基甲酰胺、聚合物A的重量比为1：(10-30)：(0.5-2)。
3.根据权利要求1所述的储能电容器，其特征在于，步骤(1)中，所述加热升温至100-125℃，保温的时间为2-5小时。
4.根据权利要求1所述的储能电容器，其特征在于，步骤(2)中，所述二氧化铈、乙二醇单甲醚、聚合物B的重量比为1：(15-30)：(1-3)。
5.根据权利要求1所述的储能电容器，其特征在于，步骤(2)中，所述加热升温至70-90℃，保温的时间为1-3小时。
6.根据权利要求1所述的储能电容器，其特征在于，步骤(3)中，聚丙烯、甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物、聚酯树脂、改性氧化锌、改性二氧化铈、硅烷偶联剂的重量比为100：(10-30)：(10-30)：(1-8)：(0.5-3)：(5-20)。
7.根据权利要求1所述的储能电容器，其特征在于，步骤(3)中，在加入聚酯树脂时，还加入氟代碳酸乙烯酯。
8.根据权利要求7所述的储能电容器，其特征在于，所述氟代碳酸乙烯酯的加入重量为聚丙烯的加入重量的1-5％。
9.权利要求1-8任一项所述的储能电容器在储能领域中的应用。
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| KR20160118598A (ko) * | 2015-04-02 | 2016-10-12 | 재단법인 한국탄소융합기술원 | 이중 케이스 내에 배치된 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치 |
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