CN206532709U - 圆柱电容 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆柱电容，涉及电能的存储装置技术领域。所述电容包括圆柱形外壳，所述圆柱形外壳内从上到下设置有两组以上的电极组，每个电极组包括一个正电极组和一个负电极组，所述正电极组包括正电极齿连接件以及间隔的固定在所述正电极齿连接件上的若干个正电极齿，所述负电机组包括负电极齿连接件以及间隔的固定在所述负电极齿连接件上的若干个负电极齿，每组电极组中负电极齿对应的插入到正电极齿之间，所述外壳内填充有电解液。与传统的柱式超级电容器不同之处在于，所述圆柱电容采用了正电极齿与负电极齿之间相互交叠啮合的方式，大大增加了原有电容的比表面积，也使得电容器在比电容以及充放电速度上有了显著的提升。

Description

圆柱电容

技术领域

本实用新型涉及电能的存储装置技术领域，尤其涉及一种电解液与电极之间反应的比表面积和反应速率高的圆柱电容。

背景技术

超级电容器作为一种新型储能装置，是一种介于传统电容器和充电电池之间具有快速充放电的新型功率型能源存储设备。由于其具有较高的能量密度和功率密度、较宽的工作温度范围以及优异的循环性能等特点在航空航天、国防数字通信设备、电源供应、存储备份系统以及先进的汽车如混合动力汽车和燃料电池汽车等方面都有很广阔的应用前景。

电极材料和结构是超级电容器的关键，提高超级电容器的能量密度、功率密度和循环寿命，主要通过电极材料的比表面积、热稳定性和化学稳定性以及超级电容结构的改进来实现。

图1示出了作为现有技术的传统卷绕状的圆柱式超级电容器的结构示意图。如图1所示，所述圆柱式超级电容器包括隔膜1＇、活性炭纤维布2＇、光箔3＇、铝壳4＇、引线5＇。在活性纤维布2＇上面涂布了一些碳基的电极材料，这些电极材料通过卷绕一层一层地围绕在圆柱的中轴线上，再在圆柱内空腔内注入电解液即可发生电极材料和电解液之间的反应。隔膜2＇是为了防止不同层之间的电极材料相互反应，并且提供同一层之间两片电极材料离子交换的通道。光箔3＇是为了提供导电性，并且连接正负两级，铝壳4＇起到保护和支持作用，最后引线5＇抽头处正负极，使得超级电容器可以接入外部元件中使用。

上述这种传统结构的柱式超级电容器有一些缺陷：负极、正极与电解液之间的接触面积有限，而且，活性碳电极能吸附带电离子的部分只存在于与电解液接触的表面，在所述负极与正极材料的内部难以吸附足够的带电离子，造成所述超级电容不但无法储层较大能量，而且比电容也较低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种正负极之间反应的接触面积大，比电容和功率密度大的圆柱电容。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种圆柱电容，其特征在于：包括圆柱形外壳，所述圆柱形外壳内从上到下设置有两组以上的电极组，每个电极组包括一个正电极组和一个负电极组，所述正电极组包括正电极齿连接件以及间隔的固定在所述正电极齿连接件上的若干个正电极齿，所述负电极组包括负电极齿连接件以及间隔的固定在所述负电极齿连接件上的若干个负电极齿，每组电极组中负电极齿对应的插入到正电极齿之间，所述外壳内壁的左侧设有正极集电极，所述外壳内壁的右侧设有负极集电极，每组电极组中正电极组与所述正极集电极电连接，每组电极组中负电极组与所述负极集电极电连接，正电极引线的一端位于所述外壳外，另一端延伸至所述外壳内并与所述正极集电极电连接，负电极引线的一端位于所述外壳外，另一端延伸至所述外壳内并与所述负极集电极电连接，所述外壳内填充有电解液。

进一步的技术方案在于：所述电极组与电极组之间设置有隔膜层。

进一步的技术方案在于：所述隔膜层为聚丙烯膜。

进一步的技术方案在于：所述外壳包括钢桶，所述钢桶的上端开口通过上端盖进行封闭，所述钢桶的下端开口通过下端盖进行封闭，所述钢桶的内壁设有绝缘橡胶层，所述上端盖与钢桶的连接处以及下端盖与钢桶的连接处设有密封胶圈。

进一步的技术方案在于：所述正极集电极包括第一水平部以及与所述第一水平部垂直连接的第一竖直部，所述第一竖直部固定在所述外壳的左侧，所述第一水平部与最上侧的正电极组的正电极齿连接件固定接，所有的正电极组通过金属线与所述第一竖直部电连接。

进一步的技术方案在于：所述负极集电极包括第二水平部以及与所述第二水平部垂直连接的第二竖直部，所述第二竖直部固定在所述外壳的右侧，所述第二水平部与最下侧的负电极组的负电极齿连接件固定接，所有的负电极组通过金属线与所述第二竖直部电连接。

进一步的技术方案在于：所述正、负电极齿的高度为1.2mm-1.8mm。

进一步的技术方案在于：所述正电极齿连接件和负电极齿连接件为圆盘状，其直径为2cm-2.5cm。

进一步的技术方案在于：所述正电极齿的表面涂覆有正电极活性物质，所述负电极齿的表面涂覆有负电极活性物质。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与传统的柱式超级电容器不同之处在于，所述圆柱电容采用了正电极齿与负电极齿之间相互交叠啮合的方式，大大增加了原有电容的比表面积，也使得电容器在比电容以及充放电速度上有了显著的提升；此外，由于所述电容内部电极组的数量可以根据实际需要而变更，所以该结构的灵活性和可变性很强，可以适应不同的实际需要。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是现有技术中圆柱形电容器的剖视结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述电容中两组电极组的结构示意图；

图3是本实用新型实施例所述电容中任意一个负电极组的俯视结构示意图；

图4是本实用新型实施例所述电容的局部剖视结构示意图；

其中：1、圆柱形外壳2、电极组3、正电极组4、负电极组5、正电极齿连接件6、正电极齿7、负电极齿连接件8、负电极齿9、正极集电极10、负极集电极11、正电极引线12、负电极引线13、隔膜层14、金属线1-1、钢桶1-2、上端盖1-3、下端盖1-4、密封胶圈9-1、第一水平部9-2、第一竖直部10-1、第二水平部10-2、第二竖直部；1＇、隔膜、2＇活性炭纤维布、3＇光箔、4＇铝壳5＇、引线。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图4所示，本实用新型公开了一种圆柱电容，包括圆柱形外壳1，所述绝缘壳体用于保护所述电容内部的器件，并为所述电容中的电解质提供容置腔。所述圆柱形外壳1内从上到下设置有两组以上的电极组2，需要说明的是，所述电极组2的具体个数可以根据电容的容量、高度等进行适当的调整。如图2和图3所示，每个电极组2包括一个正电极组3和一个负电极组4，且所述正电极组3位于上侧，负电极组4位于下侧。所述正电极组3包括正电极齿连接件5以及间隔的固定在所述正电极齿连接件5上的若干个正电极齿6。所述负电极组4包括负电极齿连接件7以及间隔的固定在所述负电极齿连接件7上的若干个负电极齿8，每组电极组2中负电极齿8对应的插入到正电极齿6之间。

如图4所示，所述外壳内壁的左侧设有正极集电极9，所述外壳内壁的右侧设有负极集电极10，每组电极组2中正电极组3与所述正极集电极9电连接，每组电极组中负电极组4与所述负极集电极10电连接。正电极引线11的一端位于所述外壳外，另一端延伸至所述外壳内并与所述正极集电极9电连接，负电极引线12的一端位于所述外壳外，另一端延伸至所述外壳内并与所述负极集电极10电连接，所述外壳内填充有电解液。

需要说明的是，正电极引线11和负电极引线12不能与所述外壳电连接，因此，所述正电极引线11和负电极引线12可以为裸铜线包裹绝缘层的设置。此外，所述电解液可以为现有技术中的电解液，还可以是溶质为四氟硼酸四乙基铵和甲基三乙基四氟硼酸铵的混合物，溶剂为乙腈的混合物。如果所述电解液采用有机电解液，可以避免水基材料对所述金属壳体的腐蚀，同时，水系电解液在高于1V时便会分解产生气体而有机电解液的离子分解电压在2-4V，有利于电极获得宽的工作电压窗口，从而提高超级电容的能量密度；另外，有机电解液还有耐高压以及工作温度范围宽的优点。

如图4所示，所述电极组2与电极组2之间设置有隔膜层13。所述电容对电极组2间隔膜层的材料有特殊的要求，首先，必须要满足它是电子的绝缘体，离子的良导体，这样才能保证电极组2之间不会因为电子穿移或直接接触而导致极间短路，又能使得电解液离子能顺利穿过进行氧化还原反应；其次，隔膜层需要有良好的化学稳定性，且有比较强的吸液、保液性；同时，仍需具备高机械强度，高隔离性能的特点；最后，隔膜的组织成分应该均匀，平整，厚度一致，无机械杂质，具有一定的柔韧性。因此，本实施例中所使用的隔膜采用日本NKK公司生产的聚丙烯膜。

优选的，如图4所示，所述外壳的内壁不能导电，且需要较高的强度以保护所述电容内的器件，因此，所述外壳包括钢桶1-1，所述钢桶1-1的上端开口通过上端盖1-2进行封闭，所述钢桶1-1的下端开口通过下端盖1-3进行封闭。所述钢桶1-1的内壁设有绝缘橡胶层，所述上端盖1-2与钢桶1-1的连接处以及下端盖1-3与钢桶1-1的连接处设有密封胶圈1-4，可以有效的防止电解液泄露。

优选的，如图4所示，所述正极集电极9包括第一水平部9-1以及与所述第一水平部9-1垂直连接的第一竖直部9-2。所述第一竖直部9-2固定在所述外壳的左侧，所述第一水平部9-1与最上侧的正电极组3的正电极齿连接件5固定接，所有的正电极组3通过金属线14与所述第一竖直部9-2电连接。优选的，如图4所示，所述负极集电极10包括第二水平部10-1以及与所述第二水平部10-1垂直连接的第二竖直部10-2，所述第二竖直部10-2固定在所述外壳的右侧。所述第二水平部10-1与最下侧的负电极组4的负电极齿连接件7固定接，所有的负电极组4通过金属线14与所述第二竖直部10-2电连接。所述集电极可以采用表面经磨砂处理的铝箔。

此外，需要说明的是，最上侧的正电极组3可以通过正极集电极将其位置固定，而最下侧的负电极组4可以通过负极集电极将其位置固定。而位于中间的正电极组3和负电极组4可以通过与所述集电极电连接的金属线将其位置固定。通过设置所述正极集电极和负极集电极，可有效的防止正负极之间的错乱。

进一步的，所述正电极齿6的表面涂覆有正电极活性物质，所述负电极齿8的表面涂覆有负电极活性物质。所述正电极活性物质和负电极活性物质可以为现有技术中的任意一种或几种的混合物。所述正电极齿和负电极齿可以由正（负）极活性物质、导电剂（乙炔黑）和粘合剂（导电胶水：PTFE）配合而成的。所述正（负）极片是将上述合成出来的正（负）极材料涂布到泡沫镍上后经过7-10Mpa的液压形成的。所述正（负）极活性物质应该均匀涂布到泡沫镍的两侧，使得经过液压处理后的正（负）极片正反两面都附着有正（负）极活性物质。

优选的，所述正、负电极齿6，8的高度为1.2mm-1.8mm。所述正电极齿连接件5和负电极齿连接件7为圆盘状，其直径为2cm-2.5cm。需要说明的是，所述正、负电极齿6，8的高度以及正电极齿连接件5和负电极齿连接件7的直径，本领域技术人员还可以根据电容的容量以及外壳的尺寸等作出适当的调整。

Claims (9)

1.一种圆柱电容，其特征在于：包括圆柱形外壳（1），所述圆柱形外壳（1）内从上到下设置有两组以上的电极组（2），每个电极组（2）包括一个正电极组（3）和一个负电极组（4），所述正电极组（3）包括正电极齿连接件（5）以及间隔的固定在所述正电极齿连接件（5）上的若干个正电极齿（6），所述负电极组（4）包括负电极齿连接件（7）以及间隔的固定在所述负电极齿连接件（7）上的若干个负电极齿（8），每组电极组（2）中负电极齿（8）对应的插入到正电极齿（6）之间，所述外壳内壁的左侧设有正极集电极（9），所述外壳内壁的右侧设有负极集电极（10），每组电极组（2）中正电极组（3）与所述正极集电极（9）电连接，每组电极组中负电极组（4）与所述负极集电极（10）电连接，正电极引线（11）的一端位于所述外壳外，另一端延伸至所述外壳内并与所述正极集电极（9）电连接，负电极引线（12）的一端位于所述外壳外，另一端延伸至所述外壳内并与所述负极集电极（10）电连接，所述外壳内填充有电解液。

2.如权利要求1所述的圆柱电容，其特征在于：所述电极组（2）与电极组（2）之间设置有隔膜层（13）。

3.如权利要求2所述的圆柱电容，其特征在于：所述隔膜层（13）为聚丙烯膜。

4.如权利要求1所述的圆柱电容，其特征在于：所述外壳包括钢桶（1-1），所述钢桶（1-1）的上端开口通过上端盖（1-2）进行封闭，所述钢桶（1-1）的下端开口通过下端盖（1-3）进行封闭，所述钢桶（1-1）的内壁设有绝缘橡胶层，所述上端盖（1-2）与钢桶（1-1）的连接处以及下端盖（1-3）与钢桶（1-1）的连接处设有密封胶圈（1-4）。

5.如权利要求1所述的圆柱电容，其特征在于：所述正极集电极（9）包括第一水平部（9-1）以及与所述第一水平部（9-1）垂直连接的第一竖直部（9-2），所述第一竖直部（9-2）固定在所述外壳的左侧，所述第一水平部（9-1）与最上侧的正电极组（3）的正电极齿连接件（5）固定接，所有的正电极组（3）通过金属线（14）与所述第一竖直部（9-2）电连接。

6.如权利要求1所述的圆柱电容，其特征在于：所述负极集电极（10）包括第二水平部（10-1）以及与所述第二水平部（10-1）垂直连接的第二竖直部（10-2），所述第二竖直部（10-2）固定在所述外壳的右侧，所述第二水平部（10-1）与最下侧的负电极组（4）的负电极齿连接件（7）固定接，所有的负电极组（4）通过金属线（14）与所述第二竖直部（10-2）电连接。

7.如权利要求1所述的圆柱电容，其特征在于：所述正、负电极齿（6，8）的高度为1.2mm-1.8mm。

8.如权利要求1所述的圆柱电容，其特征在于：所述正电极齿连接件（5）和负电极齿连接件（7）为圆盘状，其直径为2cm-2.5cm。

9.如权利要求1所述的圆柱电容，其特征在于：所述正电极齿（6）的表面涂覆有正电极活性物质，所述负电极齿（8）的表面涂覆有负电极活性物质。