專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高能防電化學(xué)腐蝕的超級(jí)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特指一種高能防化學(xué)腐蝕的超級(jí)電容器。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的一些電子設(shè)備和汽車(chē)工業(yè)對(duì)能源的要求不僅僅局限于常規(guī)需求，已對(duì)其提出了更多的特別要求。尤其目前剛剛發(fā)展起來(lái)的電動(dòng)車(chē)、燃料電池車(chē)以及混合動(dòng)力車(chē)在加速、啟動(dòng)、爬坡時(shí)要求高功率以保護(hù)其電池系統(tǒng)。常規(guī)的電容器和充電電池卻無(wú)法滿足這方面的需求，隨之具有高能量和高功率密度的超級(jí)電容器便應(yīng)運(yùn)而生。
超級(jí)電容器與傳統(tǒng)意義上的電容器相比有著更高的法拉第比電容量和能量密度，和蓄電池相比，超級(jí)電容器有著更高的功率密度，且充電時(shí)間短，循環(huán)壽命長(zhǎng)，工作溫度寬。從某種意義上說(shuō)超級(jí)電容器部分填補(bǔ)了傳統(tǒng)電容器和蓄電池之間的空白。超級(jí)電容器同時(shí)也可在極低溫等極端惡劣的環(huán)境中使用，并且無(wú)環(huán)境污染。
對(duì)于超級(jí)電容器電子器件而言，制造工藝是決定電容器性能的直接因素。目前超級(jí)電容器電極的制造普遍采用在活性炭纖維布(中國(guó)專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)?2217073.1)或者將粉狀活性炭模壓成型獲得。兩種方法所制造的超級(jí)電容器外包裝需要使用不銹鋼殼，同時(shí)必須加一安全閥，即使這樣仍然存在很大安全隱患。不銹鋼殼的質(zhì)量密度高，所制造超級(jí)電容器的能量密度普遍小于3Wh/Kg，功率密度小于500W/Kg，且產(chǎn)品均一性差，制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高能防電化學(xué)腐蝕的超級(jí)電容器，采用本發(fā)明后能達(dá)到，超能、安全、成本低，與現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的超級(jí)電容器相比，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產(chǎn)成本。
為達(dá)到上述目的，通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，超級(jí)電容器包括電容器芯和軟包裝薄膜，軟包裝薄膜包裹電容器芯，在電容器芯和軟包裝薄膜之間設(shè)有絕緣薄膜。
每個(gè)電容器芯由一個(gè)或數(shù)個(gè)電容單元并聯(lián)而成，每個(gè)電容單元由正電極集電流體、正電極膜片、多孔隔離膜和負(fù)電極膜片、負(fù)電極集電流體五層結(jié)構(gòu)組成，多孔隔離膜和正電極膜片、負(fù)電極集電流體內(nèi)部和周?chē)须娊庖骸?br> 軟包裝薄膜由三層薄膜構(gòu)成，其中外層是用尼龍或是聚對(duì)苯二甲酸二乙醇酯材料；中間層的材料為鋁或是鎂、鈦、鐵等材料；內(nèi)層的材料為聚乙烯或是聚丙烯、聚酯材料。絕緣薄膜覆蓋了部分電容器芯的表面，且所覆蓋的位置為電容器芯的邊角處。
采用這種結(jié)構(gòu)后，絕緣薄膜可以起到在電容器芯與軟包裝薄膜的金屬箔中間層加設(shè)一層絕緣膜的作用，從而防止了電容器芯與軟包裝薄膜的金屬箔材料之間形成電子通道，達(dá)到預(yù)防腐蝕的效果。


圖1是本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明中電容器芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明剖視圖；圖4是本發(fā)明軟包裝薄膜的剖視圖；圖5是本發(fā)明的剖視圖；圖6是本發(fā)明另一較佳實(shí)施方式剖視圖。
具體實(shí)施例見(jiàn)附圖1～6，超級(jí)電容器主要由電容器芯1和軟包裝薄膜2構(gòu)成，軟包裝薄膜2包裹電容器芯1，在電容器芯1和軟包裝薄膜2之間設(shè)有絕緣薄膜3。
電容器芯1由一個(gè)或數(shù)個(gè)電容單元并聯(lián)而成，見(jiàn)附圖1，每個(gè)電容單元由正電極集電流體11(19)、正電極膜片12(16)、多孔隔離膜13和負(fù)電極膜片14(18)、負(fù)電極集電流體15五層結(jié)構(gòu)組成，其中正電極集電流體11和正電極膜片12組成正電極，負(fù)電極膜片14、負(fù)電極集電流體15組成了負(fù)電極。多孔隔離膜13(17)和電極膜片12、負(fù)電極集電流體15內(nèi)部和周?chē)须娊庖?。其中，正電極膜片12由正極活性物質(zhì)(可吸附正電荷的物質(zhì)，如活性炭、活性炭纖維、碳納米管、炭氣凝膠、氧化鎳，或者是它們的混合物)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成。負(fù)電極膜片14由負(fù)極活性物質(zhì)(可吸附負(fù)電荷的物質(zhì)，如活性炭、活性炭纖維、碳納米管、炭氣凝膠、高分子聚合物等，或者是它們的混合物)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成。多孔隔離膜13可采用無(wú)紡布、尼龍布、纖維素膜、玻璃纖維紙、聚乙烯膜、聚丙烯氈、聚四氟乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、石棉膜等。用來(lái)制作集電流體的材料有泡沫鎳、鎳箔、鎳網(wǎng)、銅箔、銅網(wǎng)、鋁箔、鋁網(wǎng)、鈦箔、鈦網(wǎng)、不銹鋼箔、不銹鋼網(wǎng)、石墨板等。
將上述片狀元件按照正電極/多孔隔離膜/負(fù)電極/多孔隔離膜/正電極自上而下的順序放好，經(jīng)疊片制成疊片式電容器芯1，形成單層的電容單元4，根據(jù)容量的要求可將電容單元4進(jìn)行并聯(lián)，獲得附圖2所示電容器芯1?；蛘?，將上述帶狀元件按照正電極/多孔隔離膜/負(fù)電極/多孔隔離膜自上而下的順序放好，經(jīng)卷繞和進(jìn)一步壓制制成卷繞式電容器芯1。將上述正電極集流體11的各個(gè)極耳111與一金屬電極片101焊接，負(fù)電極集集流體15的各個(gè)極耳151與金屬電極片102焊接，見(jiàn)附圖2所示。
然后，用軟包裝薄膜2對(duì)電容器芯1進(jìn)行封裝，過(guò)程如下，在事先模壓成型的軟包裝殼中放置電容器芯，在正負(fù)極引線上配好防漏膜。用熱封裝機(jī)把軟包裝殼的三邊絕緣密封。加入電解液后靜止1～5小時(shí)后，把軟包裝殼抽真空用熱封裝機(jī)將第四邊緣密封進(jìn)而獲得超級(jí)電容器，見(jiàn)附圖3所示。
軟包裝薄膜2由三層薄膜組成(附圖4所示)，其中，外層21的材料是尼龍或是聚對(duì)苯二甲酸二乙醇酯材料，厚度為5～50微米；中間金屬箔層22的材料是鋁或是鎂、鈦、鐵等材料，厚度在10～100微米；內(nèi)層23的材料為聚乙烯或是聚丙烯、聚酯等材料，厚度在10～150微米。此種包裝具有一下特征成本低、重量輕、厚度薄且電容器的能量密度和功率密度高，其制作工藝簡(jiǎn)單，容易加工成各種形狀和厚度的超級(jí)電容器，并且制成的超級(jí)電容器成品厚度最薄時(shí)可達(dá)到0.5毫米，但是其也存在一定的缺點(diǎn)，由于此電容器軟包裝薄膜2一般采用熱壓的方法將兩面軟包裝薄膜2內(nèi)層23的聚乙烯或聚丙烯材料熱壓熔化后粘接在一起，這樣一來(lái)，在熱壓的過(guò)程中容易使內(nèi)層23出現(xiàn)裂紋或是破損，從而導(dǎo)致軟包裝薄膜2的中間層22的金屬箔直接與電容器芯1接觸，一旦軟包裝薄膜2中的金屬箔直接或者間接與電容器芯1中的陽(yáng)極電子導(dǎo)通，相對(duì)陰極處于低電勢(shì)的金屬箔會(huì)參與電化學(xué)反應(yīng)，并在反應(yīng)中失去電子，從而導(dǎo)致中間層22的金屬箔腐蝕直至破損，最終導(dǎo)致電池能量損失并且出現(xiàn)安全隱患。
因此，要解決此類(lèi)問(wèn)題，本發(fā)明需要設(shè)有絕緣薄膜3，絕緣薄膜3是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的薄膜，其整個(gè)或部分覆蓋在電容器芯1的表面，附圖5所示為絕緣薄膜3完全將電容器芯1覆蓋；附圖6中所示為絕緣薄膜3緊緊覆蓋了部分電容器芯1的表面，且所覆蓋的位置為電容器芯1的邊角處。這是因?yàn)?，由于電容器軟包裝薄膜2一般采用熱壓的方法將兩面軟包裝薄膜2內(nèi)層23的聚乙烯或聚丙烯、聚酯等材料熱壓熔化后粘接在一起，在熱壓的過(guò)程中，內(nèi)層23最容易出現(xiàn)裂紋或是破損的地方就出現(xiàn)在壓合的邊緣處，所以只需要在此處做好防范措施即可，即在電容器芯1邊緣位置處包裹絕緣薄膜3。其可以起到在電容器芯1與軟包裝薄膜2的金屬箔材料中間層22加設(shè)一層絕緣膜，從而阻止了電容器芯1與軟包裝薄膜2的金屬箔之間形成電子通道，達(dá)到預(yù)防腐蝕的效果。絕緣薄膜3可采用尼龍或聚對(duì)苯二甲酸二乙醇酯材料，其為電絕緣材料，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)與超級(jí)電容器中的電解液發(fā)生反應(yīng)，對(duì)于長(zhǎng)度在20～200毫米、厚度在0.5～6毫米的電池，此種絕緣薄膜的厚度一般為50微米較好。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是外形尺寸變化容易和方便，內(nèi)阻低，大電流和高中低溫情況下充放電性能好，特別適合于啟動(dòng)型超級(jí)電容器的制造，軟包裝體系減少了電容器漏液和腐蝕行為的發(fā)生，降低了環(huán)境污染的可能性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高能防電化學(xué)腐蝕的超級(jí)電容器，超級(jí)電容器主要由電容器芯(1)和軟包裝薄膜(2)構(gòu)成，軟包裝薄膜(2)包裹電容器芯(1)，其特征在于在電容器芯(1)和軟包裝薄膜(2)之間設(shè)有絕緣薄膜(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能防電化學(xué)腐蝕的超級(jí)電容器，其特征在于每個(gè)電容器芯(1)由一個(gè)或數(shù)個(gè)電容單元(4)并聯(lián)而成，每個(gè)電容單元由正電極集電流體(11)、正電極膜片(12)、多孔隔離膜(13)和負(fù)電極膜片(14)、負(fù)電極集電流體(15)五層結(jié)構(gòu)組成，多孔隔離膜(13)和正電極膜片(12)、負(fù)電極集電流體(15)內(nèi)部和周?chē)须娊庖骸?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能防電化學(xué)腐蝕的超級(jí)電容器，其特征在于軟包裝薄膜(2)由三層薄膜構(gòu)成，其中外層(21)是用尼龍或是聚對(duì)苯二甲酸二乙醇酯材料；中間層(22)的材料為鋁或是鎂、鈦、鐵材料；內(nèi)層(23)的材料為聚乙烯或是聚丙烯、聚酯材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能防電化學(xué)腐蝕的超級(jí)電容器，其特征在于絕緣薄膜(3)覆蓋了部分電容器芯(1)的表面，且所覆蓋的位置為電容器芯(1)的邊角處。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子器件領(lǐng)域，特指一種高能防電化學(xué)腐蝕的超級(jí)電容器。其是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的超級(jí)電容器由電容器芯和軟包裝薄膜組成，軟包裝膜包裹電容器芯，在電容器芯和軟包裝膜之間加有絕緣薄膜層。采用這種結(jié)構(gòu)后，絕緣薄膜層位于電容器芯與軟包裝薄膜的金屬箔之間，起到絕緣作用，從而防止電容器芯與軟包裝薄膜中的金屬材料之間形成電子通道，起到預(yù)防金屬材料腐蝕作用。本發(fā)明的超級(jí)電容器可提供更高能量密度、更高功率密度和更安全性能。
文檔編號(hào)H01G9/02GK1571084SQ200410026960
公開(kāi)日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者李寶華, 周鵬偉, 康飛宇, 趙豐剛, 曾毓群, 王乾 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院, 東莞新能源電子科技有限公司