CN214753411U - 超级电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超级电容器包括壳体和电极片，该壳体包括容纳腔，电极片容置于容纳腔，电极片包括集流体、导电层以及封闭层，集流体包括第一表面和与第一表面相对设置的第二表面，第一表面和/或第二表面凹陷形成凹面，凹面围设形成一槽型通道，导电层设置于槽型通道内，封闭层覆盖槽型通道的开口。本实用新型增大了电极片中活性物质的负载量，电极片的导电性能优异，成型的超级电容器具有较高的工作电压和体积能量密度。

Description

超级电容器

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是指一种超级电容器。

背景技术

电极片作为超级电容器的重要材料之一，直接影响其电性能。目前研发的电极片通常包括集流体以及负载于集流体上的活性炭材料。

传统电极片大多采用泡沫铝作为集流体，泡沫铝是三维多孔材料，孔洞位于铝材料的内部，活性炭材料充分进入位于内部的孔洞是非常困难的，因此，传统泡沫铝作为集流体的活性炭材料的负载量较低，不利于改善超级电容器的工作电压和体积能量密度。

实用新型内容

鉴于以上内容，有必要提供一种有利于提高活性材料负载量的超级电容器。

本实用新型提供了一种超级电容器，该超级电容器包括壳体和电极片。所述壳体包括容纳腔，所述电极片容置于所述容纳腔，所述电极片包括集流体、导电层以及封闭层，所述集流体包括第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面凹陷形成凹面，所述凹面围设形成一槽型通道，所述导电层设置于所述槽型通道内，所述封闭层覆盖所述槽型通道的开口。

本申请实施方式中，所述凹面设置有多个与所述槽型通道连通的凹槽，所述导电层延伸至所述凹槽内。

本申请实施方式中，所述导电层与所述凹面之间设置有胶粘层。

本申请实施方式中，所述电极片包括正极片和负极片，所述超级电容器还包括设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述隔膜与所述电极片共同形成一芯包，所述正极片和所述负极片分别连接有一极耳，两个所述极耳伸出所述壳体。

本申请实施方式中，所述壳体包括侧壁、盖板以及底座，所述侧壁、所述盖板以及所述底座共同围设形成所述容纳腔，所述芯包容置于所述容纳腔。

本申请实施方式中，所述盖板包括盖板本体、设置于所述盖板本体上的两个第一通孔、设置于每一个所述第一通孔靠近所述容纳腔一侧的弹性挡片以及设置于每个所述弹性挡片上的第二通孔，所述极耳经由所述第二通孔和所述第一通孔伸出所述壳体，所述第二通孔的孔径小于或等于所述极耳的外径。

本申请实施方式中，所述导电层包括活性碳纤维。

本申请实施方式中，所述活性炭纤维包括多个孔洞，所述孔洞的孔径为5-30nm。

本申请实施方式中，所述导电层还包括导电剂，所述导电剂设置于所述孔洞内。

本申请实施方式中，所述超级电容器还包括封装在所述容纳腔内的电解液。

与现有技术相比，本实用新型超级电容器的设计增大了电极片中活性物质的负载量，获得了导电性能优异的电极片，成型的超级电容器具有较高的工作电压和体积能量密度，最终产品检测的工作电压为3.0～4.0V，体积能量密度可达12～25Wh/L。

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为本实用新型一实施方式中超级电容器的结构示意图。

图2为本实用新型一实施方式中电极片的结构示意图。

图3为本实用新型一实施方式中盖板的结构示意图。

主要元件符号说明:

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型实施例。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细描述。

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实施例，所描述的实施方式仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1与图2，本实用新型一具体实施方式中提供了一种超级电容器100。所述超级电容器100包括壳体1和电极片2，所述壳体1包括一容纳腔3，所述电极片2容置于所述容纳腔3内。所述电极片2包括集流体21、导电层22以及封闭层23，所述集流体21包括第一表面211和与所述第一表面211相对设置的第二表面212，所述第一表面211和/或所述第二表面212凹陷形成凹面213，所述凹面213围设形成一槽型通道24，所述导电层22设置于所述槽型通道24内，所述封闭层23覆盖所述槽型通道24的开口241。

请参阅图2，结合参阅图1，所述电极片2是一种片材，厚度较薄，是所述超级电容器100的必备材料之一。所述导电层22设置于所述集流体21的表面，同时所述导电层22能嵌入所述槽型通道24内。本实用新型通过提高集流体21的比表面积的方式来增加导电层22的附着面积，从而提高集流体21上导电层22的负载量，有助于改善超级电容器100的工作电压和体积能量密度。槽型通道24的开口241位于第一表面211和/或第二表面212，因此，所述导电层22能够更容易进入槽型通道24内与凹面213的表面接触。

本实施方式中，所述凹面213设置有多个与所述槽型通道24连通的凹槽25，所述导电层22延伸至所述凹槽25内。通过在凹面213上形成大量凹槽25，进一步增加了集流体21的比表面积，大量的凹槽25可以设置更多的所述导电层22，从而有助于进一步改善超级电容器100的工作电压和体积能量密度。而且，导电层22附着在凹槽25内稳定性高，不容易脱落。具体地，所述凹槽25可以通过蚀刻的方式形成于凹面213。

本实施方式中，所述第一表面211和所述第二表面212均凹陷形成多个凹面213，每一个所述凹面213围设形成一槽型通道24，也即所述集流体21相对的两侧均设置有多个槽型通道24。同时，相对设置的两个槽型通道24之间的凹槽25可以连通形成通孔，以使两个槽型通道24连通，可以进一步提高导电层22的负载量。

本实施方式中，所述集流体21的材质为铝，具体可以是铝箔。

请再次参阅图2，所述导电层22包括活性碳纤维，活性碳纤维能够由所述槽型通道24的开口241进入到槽型通道24内，以使集流体21负载更多的活性碳纤维，从而充分发挥活性碳纤维的高吸附性和高导电性。

本实施方式中，所述活性炭纤维均匀分散在所述导电层22中，并嵌入至所述集流体21的槽型通道24以及凹槽25的内部。比如将所述集流体21浸入采用活性炭纤维制成的电极浆料中，在一定负压环境中保持一定时长，活性炭纤维会快速嵌入槽型通道24以及凹槽25内。在具体实施方式中，所述活性炭纤维为介孔型，孔径为2-50nm；该介孔活性炭纤维相较传统微孔石墨烯材料的比表面积更大，吸附性更好，且该介孔活性炭纤维具有高导电性，少量添加通常能明显改善导电性，是超级电容器100中电极片2的理想材料。在具体实施方式中，电极浆料还添加有导电剂，这些导电剂和介孔活性炭纤维在溶剂中充分混合，活性碳纤维基于其高介孔率，可以加载一定量的导电剂以使其含量或浓度增大，如此也使得电极片2的导电性能进一步改善。

本实施方式中，所述导电层22粘附于所述集流体21的凹面213上，为增加导电层22在凹面213上的附着力，电极浆料中添加有粘结剂。

请再次参阅图2，所述封闭层23用于对槽型通道24的开口241进行封闭，避免在电极片2使用过程中导电层22从槽型通道24内脱出，影响超级电容器100的性能。

本实施方式中，所述封闭层23可以是导电金属片，具体可以是铝箔，通过导电胶贴附在所述集流体21的第一表面211或第二表面212上，将槽型通道24的开口241覆盖住。

本实施方式中，由于槽型通道24设置于所述集流体21的两面，因此，也需要两层所述封闭层23，分别将两层所述封闭层23贴附在第一表面211和第二表面212上。

在具体实施方式中，每一所述电极片2由所述集流体21、所述导电层22以及两层封闭层23的复合预制件辊压成预设厚度的片材构成，多个所述电极片2的厚度相同。

请再次参阅图1，所述电极片2包括正极片2a和负极片2b，所述超级电容器100还包括设置于所述正极片2a和所述负极片2b之间的隔膜4，所述隔膜4与所述电极片2共同形成一芯包5，所述正极片2a和所述负极片2b分别连接有一极耳6，两个所述极耳6伸出所述壳体1。

所述壳体1包括侧壁11、盖板12以及底座13，所述侧壁11、所述盖板12以及所述底座13共同围设形成所述容纳腔3，所述芯包5容置于所述容纳腔3内，两个所述极耳6经由所述盖板12伸出所述容纳腔3。

请参阅图3，结合参阅图1，所述盖板12包括盖板本体121、设置于所述盖板本体121上的两各第一通孔122、设置于每一个所述第一通孔122靠近所述容纳腔3一侧的弹性挡片123以及设置于每个所述弹性挡片123上的第二通孔124，两个所述极耳6均经由所述第二通孔124和所述第一通孔122伸出所述壳体1，所述第二通孔124的孔径小于所述极耳6的外径。通过在第一通孔122靠近容纳腔3的一侧设置弹性挡片123，在两极耳6穿过两通孔时，由于第二通孔124的孔径小于极耳6的外径，这样弹性挡片123将被撑开，从而两极耳6过盈配合，实现密封的作用，避免容纳腔3内的电解液泄漏，同时也能防止两极耳6晃动。

请再次参阅图1，所述超级电容器100还包括真空封装在所述容纳腔3内的电解液(图未示)。

本实施方式中，所述电解液为有机电解液、离子电解液中的一者。

请结合参阅图1，本实施方式中，所述超级电容器100的封装过程为：

步骤S1，使用叠片机将制备得到的电极片2和隔膜组装成方型芯包5，通过冷压焊接将芯包5的正极片2a和一极耳6焊接在一起，芯包5的负极片2b和另一极耳6焊接在一起；如图1所示，所述芯包5为层叠结构，依次包括一所述正极片2a、一隔膜4、一所述负极片2b和另一隔膜4，其中，叠层结束后，两层隔膜4中至少一者需在叠层体最外层缠绕几圈，所述芯包5为圆柱型结构。

步骤S2：随后将焊接好极耳6的芯包5进行真空干燥，随后放入壳体1的容纳腔3内，同时将极耳6依次穿过盖板12的第二通孔124和第一通孔122并进行固定。

步骤S3：最后向壳体1的容纳腔3中注入电解液并进行真空封口。

经检测，上述超级电容器100的工作电压为3.0～3.2V，体积能量密度可达12～15Wh/L。相比于现有超级电容器(工作电压为2.7～2.85V、体积能量密度为8～12Wh/L)而言，工作电压和体积能量密度明显提高。其中，现有超级电容器主要指采用活性碳材料得到的超级电容器，该类活性炭材料微孔较多、介孔率低。

第二实施方式，在第一实施方式基础上，步骤S3中采用离子液体代替有机电解液，所得到的超级电容器100的工作电压为3.2～4.0V，体积能量密度可达15～25Wh/L。相比于现有超级电容器及本申请采用有机电解液的超级电容器而言，工作电压和体积能量密度又进一步提高。

综上，本实用新型超级电容器的设计增大了电极片中活性物质的负载量，获得了导电性能优异的电极片，成型的超级电容器具有较高的工作电压和体积能量密度，最终产品检测的工作电压为3.0～4.0V，体积能量密度可达12～25Wh/L。

Claims (10)

1.一种超级电容器，其特征在于，包括：

壳体，包括容纳腔；以及

电极片，容置于所述容纳腔，所述电极片包括集流体、导电层以及封闭层，所述集流体包括第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面凹陷形成凹面，所述凹面围设形成一槽型通道，所述导电层设置于所述槽型通道内，所述封闭层覆盖所述槽型通道的开口。

2.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述凹面设置有多个与所述槽型通道连通的凹槽，所述导电层延伸至所述凹槽内。

3.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述导电层与所述凹面之间设置有胶粘层。

4.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述电极片包括正极片和负极片，所述超级电容器还包括设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述隔膜与所述电极片共同形成一芯包，所述正极片和所述负极片分别连接有一极耳，两个所述极耳伸出所述壳体。

5.根据权利要求4所述的超级电容器，其特征在于，所述壳体包括侧壁、盖板以及底座，所述侧壁、所述盖板以及所述底座共同围设形成所述容纳腔，所述芯包容置于所述容纳腔。

6.根据权利要求5所述的超级电容器，其特征在于，所述盖板包括盖板本体、设置于所述盖板本体上的两个第一通孔、设置于每一个所述第一通孔靠近所述容纳腔一侧的弹性挡片以及设置于每个所述弹性挡片上的第二通孔，两个所述极耳经由所述第二通孔和所述第一通孔伸出所述壳体，所述第二通孔的孔径小于或等于所述极耳的外径。

7.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述导电层包括活性碳纤维。

8.根据权利要求7所述的超级电容器，其特征在于，所述活性碳纤维包括多个孔洞，所述孔洞的孔径为5-30nm。

9.根据权利要求8所述的超级电容器，其特征在于，所述导电层还包括导电剂，所述导电剂设置于所述孔洞内。

10.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述超级电容器还包括封装在所述容纳腔内的电解液。

Images