CN1571084A - 一种高能防电化学腐蚀的超级电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子器件领域，特指一种高能防电化学腐蚀的超级电容器。其是通过如下技术方案实现的：超级电容器由电容器芯和软包装薄膜组成，软包装膜包裹电容器芯，在电容器芯和软包装膜之间加有绝缘薄膜层。采用这种结构后，绝缘薄膜层位于电容器芯与软包装薄膜的金属箔之间，起到绝缘作用，从而防止电容器芯与软包装薄膜中的金属材料之间形成电子通道，起到预防金属材料腐蚀作用。本发明的超级电容器可提供更高能量密度、更高功率密度和更安全性能。

Description

一种高能防电化学腐蚀的超级电容器

技术领域：

本发明涉及电子器件技术领域，特指一种高能防化学腐蚀的超级电容器。

背景技术：

随着现代科技的发展，与人们日常生活息息相关的一些电子设备和汽车工业对能源的要求不仅仅局限于常规需求，已对其提出了更多的特别要求。尤其目前刚刚发展起来的电动车、燃料电池车以及混合动力车在加速、启动、爬坡时要求高功率以保护其电池系统。常规的电容器和充电电池却无法满足这方面的需求，随之具有高能量和高功率密度的超级电容器便应运而生。

超级电容器与传统意义上的电容器相比有着更高的法拉第比电容量和能量密度，和蓄电池相比，超级电容器有着更高的功率密度，且充电时间短，循环寿命长，工作温度宽。从某种意义上说超级电容器部分填补了传统电容器和蓄电池之间的空白。超级电容器同时也可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染。

对于超级电容器电子器件而言，制造工艺是决定电容器性能的直接因素。目前超级电容器电极的制造普遍采用在活性炭纤维布(中国专利，申请号02217073.1)或者将粉状活性炭模压成型获得。两种方法所制造的超级电容器外包装需要使用不锈钢壳，同时必须加一安全阀，即使这样仍然存在很大安全隐患。不锈钢壳的质量密度高，所制造超级电容器的能量密度普遍小于3Wh/Kg，功率密度小于500W/Kg，且产品均一性差，制造成本高。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种高能防电化学腐蚀的超级电容器，采用本发明后能达到，超能、安全、成本低，与现有技术生产的超级电容器相比，具有超高能量密度(大于5Wh/Kg)、超高功率密度(大于1000W/Kg)、更好的安全性和更低的生产成本。

为达到上述目的，通过如下技术方案来实现，超级电容器包括：电容器芯和软包装薄膜，软包装薄膜包裹电容器芯，在电容器芯和软包装薄膜之间设有绝缘薄膜。

每个电容器芯由一个或数个电容单元并联而成，每个电容单元由正电极集电流体、正电极膜片、多孔隔离膜和负电极膜片、负电极集电流体五层结构组成，多孔隔离膜和正电极膜片、负电极集电流体内部和周围浸有电解液。

软包装薄膜由三层薄膜构成，其中外层是用尼龙或是聚对苯二甲酸二乙醇酯材料；中间层的材料为铝或是镁、钛、铁等材料；内层的材料为聚乙烯或是聚丙烯、聚酯材料。绝缘薄膜覆盖了部分电容器芯的表面，且所覆盖的位置为电容器芯的边角处。

采用这种结构后，绝缘薄膜可以起到在电容器芯与软包装薄膜的金属箔中间层加设一层绝缘膜的作用，从而防止了电容器芯与软包装薄膜的金属箔材料之间形成电子通道，达到预防腐蚀的效果。

附图说明：

图1是本发明的内部结构示意图；

图2是本发明中电容器芯的结构示意图；

图3是本发明剖视图；

图4是本发明软包装薄膜的剖视图；

图5是本发明的剖视图；

图6是本发明另一较佳实施方式剖视图。

具体实施例：

见附图1～6，超级电容器主要由电容器芯1和软包装薄膜2构成，软包装薄膜2包裹电容器芯1，在电容器芯1和软包装薄膜2之间设有绝缘薄膜3。

电容器芯1由一个或数个电容单元并联而成，见附图1，每个电容单元由正电极集电流体11(19)、正电极膜片12(16)、多孔隔离膜13和负电极膜片14(18)、负电极集电流体15五层结构组成，其中正电极集电流体11和正电极膜片12组成正电极，负电极膜片14、负电极集电流体15组成了负电极。多孔隔离膜13(17)和电极膜片12、负电极集电流体15内部和周围浸有电解液。其中，正电极膜片12由正极活性物质(可吸附正电荷的物质，如活性炭、活性炭纤维、碳纳米管、炭气凝胶、氧化镍，或者是它们的混合物)、导电剂和粘结剂组成。负电极膜片14由负极活性物质(可吸附负电荷的物质，如活性炭、活性炭纤维、碳纳米管、炭气凝胶、高分子聚合物等，或者是它们的混合物)、导电剂和粘结剂组成。多孔隔离膜13可采用无纺布、尼龙布、纤维素膜、玻璃纤维纸、聚乙烯膜、聚丙烯毡、聚四氟乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、石棉膜等。用来制作集电流体的材料有：泡沫镍、镍箔、镍网、铜箔、铜网、铝箔、铝网、钛箔、钛网、不锈钢箔、不锈钢网、石墨板等。

将上述片状元件按照正电极/多孔隔离膜/负电极/多孔隔离膜/正电极自上而下的顺序放好，经叠片制成叠片式电容器芯1，形成单层的电容单元4，根据容量的要求可将电容单元4进行并联，获得附图2所示电容器芯1。或者，将上述带状元件按照正电极/多孔隔离膜/负电极/多孔隔离膜自上而下的顺序放好，经卷绕和进一步压制制成卷绕式电容器芯1。将上述正电极集流体11的各个极耳111与一金属电极片101焊接，负电极集集流体15的各个极耳151与金属电极片102焊接，见附图2所示。

然后，用软包装薄膜2对电容器芯1进行封装，过程如下，在事先模压成型的软包装壳中放置电容器芯，在正负极引线上配好防漏膜。用热封装机把软包装壳的三边绝缘密封。加入电解液后静止1～5小时后，把软包装壳抽真空用热封装机将第四边缘密封进而获得超级电容器，见附图3所示。

软包装薄膜2由三层薄膜组成(附图4所示)，其中，外层21的材料是尼龙或是聚对苯二甲酸二乙醇酯材料，厚度为5～50微米；中间金属箔层22的材料是铝或是镁、钛、铁等材料，厚度在10～100微米；内层23的材料为聚乙烯或是聚丙烯、聚酯等材料，厚度在10～150微米。此种包装具有一下特征：成本低、重量轻、厚度薄且电容器的能量密度和功率密度高，其制作工艺简单，容易加工成各种形状和厚度的超级电容器，并且制成的超级电容器成品厚度最薄时可达到0.5毫米，但是其也存在一定的缺点，由于此电容器软包装薄膜2一般采用热压的方法将两面软包装薄膜2内层23的聚乙烯或聚丙烯材料热压熔化后粘接在一起，这样一来，在热压的过程中容易使内层23出现裂纹或是破损，从而导致软包装薄膜2的中间层22的金属箔直接与电容器芯1接触，一旦软包装薄膜2中的金属箔直接或者间接与电容器芯1中的阳极电子导通，相对阴极处于低电势的金属箔会参与电化学反应，并在反应中失去电子，从而导致中间层22的金属箔腐蚀直至破损，最终导致电池能量损失并且出现安全隐患。

因此，要解决此类问题，本发明需要设有绝缘薄膜3，绝缘薄膜3是一种化学性质稳定的薄膜，其整个或部分覆盖在电容器芯1的表面，附图5所示为绝缘薄膜3完全将电容器芯1覆盖；附图6中所示为绝缘薄膜3紧紧覆盖了部分电容器芯1的表面，且所覆盖的位置为电容器芯1的边角处。这是因为，由于电容器软包装薄膜2一般采用热压的方法将两面软包装薄膜2内层23的聚乙烯或聚丙烯、聚酯等材料热压熔化后粘接在一起，在热压的过程中，内层23最容易出现裂纹或是破损的地方就出现在压合的边缘处，所以只需要在此处做好防范措施即可，即在电容器芯1边缘位置处包裹绝缘薄膜3。其可以起到在电容器芯1与软包装薄膜2的金属箔材料中间层22加设一层绝缘膜，从而阻止了电容器芯1与软包装薄膜2的金属箔之间形成电子通道，达到预防腐蚀的效果。绝缘薄膜3可采用尼龙或聚对苯二甲酸二乙醇酯材料，其为电绝缘材料，且化学性质稳定，不会与超级电容器中的电解液发生反应，对于长度在20～200毫米、厚度在0.5～6毫米的电池，此种绝缘薄膜的厚度一般为50微米较好。

本发明的优点是：外形尺寸变化容易和方便，内阻低，大电流和高中低温情况下充放电性能好，特别适合于启动型超级电容器的制造，软包装体系减少了电容器漏液和腐蚀行为的发生，降低了环境污染的可能性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1、一种高能防电化学腐蚀的超级电容器，超级电容器主要由电容器芯(1)和软包装薄膜(2)构成，软包装薄膜(2)包裹电容器芯(1)，其特征在于：在电容器芯(1)和软包装薄膜(2)之间设有绝缘薄膜(3)。

2、根据权利要求1所述的高能防电化学腐蚀的超级电容器，其特征在于：每个电容器芯(1)由一个或数个电容单元(4)并联而成，每个电容单元由正电极集电流体(11)、正电极膜片(12)、多孔隔离膜(13)和负电极膜片(14)、负电极集电流体(15)五层结构组成，多孔隔离膜(13)和正电极膜片(12)、负电极集电流体(15)内部和周围浸有电解液。

3、根据权利要求1所述的高能防电化学腐蚀的超级电容器，其特征在于：软包装薄膜(2)由三层薄膜构成，其中外层(21)是用尼龙或是聚对苯二甲酸二乙醇酯材料；中间层(22)的材料为铝或是镁、钛、铁材料；内层(23)的材料为聚乙烯或是聚丙烯、聚酯材料。

4、根据权利要求1所述的高能防电化学腐蚀的超级电容器，其特征在于：绝缘薄膜(3)覆盖了部分电容器芯(1)的表面，且所覆盖的位置为电容器芯(1)的边角处。

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