平板式超級(jí)電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種平板式電容器，尤其涉及一種平板式超級(jí)電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器(supercapacitor)，又叫雙電層電容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)、電化學(xué)電容器(Electrochemcial Capacitor, EC),黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。
[0003]超級(jí)電容器具體的工作原理如下所述。當(dāng)外加電壓加到超級(jí)電容器的兩個(gè)極板上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲(chǔ)正電荷，負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷，在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當(dāng)兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液，超級(jí)電容器為正常工作狀態(tài)(通常為3V以下)，如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級(jí)電容器放電，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷相應(yīng)減少。由此可以看出:超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。
[0004]超級(jí)電容器在結(jié)構(gòu)上與電解電容器非常相似，它們的主要區(qū)別在于電極材料。早期的超級(jí)電容器的電極采用碳，碳電極材料的表面積很大，電容的大小取決于表面積和電極的距離，這種碳電極的大表面積再加上很小的電極距離，使超級(jí)電容器的容值可以非常大，大多數(shù)超級(jí)電容器可以做到法拉級(jí)，一般情況下容值范圍可達(dá)1-5000F。
[0005]超級(jí)電容器通常包含雙電極、電解質(zhì)、集流體、隔離物四個(gè)部件。超級(jí)電容器是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的電容量的。在超級(jí)電容器中，采用活性炭材料制作成多孔電極，同時(shí)在相對(duì)的兩個(gè)多孔炭電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上，從而形成雙集電層。
[0006]超級(jí)電容器的工藝流程為:配料一混楽一制電極一裁片一組裝一注液一活化一檢測一包裝。
[0007]然而，目前超級(jí)電容器的制作效率及使用便利性仍有待改進(jìn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種平板式超級(jí)電容器，該平板式超級(jí)電容器在大面積平面基板上進(jìn)行平面式直接生產(chǎn)出電容器組，其性能一致性好，體積小、重量輕、良品率提升、生產(chǎn)效率高，極大降低了超級(jí)電容器的生產(chǎn)成本，且方便對(duì)外安裝使用。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種平板式超級(jí)電容器，包括:
[0010]平面基板、形成于平面基板上的絕緣層、形成于絕緣層上的數(shù)個(gè)電容器單體；
[0011]所述電容器單體包括形成于絕緣層上的第一電極、形成于第一電極上的隔膜、形成于隔膜上的第二電極、形成于第二電極上的絕緣層、及位于第一與第二電極之間的電解液；
[0012]所述第一電極包括形成在絕緣層上的導(dǎo)電層與形成于導(dǎo)電層上的第一碳材料層；
[0013]所述第二電極包括形成于隔膜上的第二碳材料層與形成于第二碳材料層上的金屬層;
[0014]數(shù)個(gè)電容器單體疊置經(jīng)串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成電容器單元；
[0015]數(shù)個(gè)電容器單元串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成平板式超級(jí)電容器。
[0016]所述平面基板的材料為陶瓷，所述平面基板劃分成數(shù)個(gè)基板單元，每一個(gè)基板單元的面積為形成一個(gè)電容器單體所需要的面積。
[0017]所述位于平面基板上的絕緣層與位于第二電極上的絕緣層的材料為聚酰亞胺。
[0018]所述導(dǎo)電層與第一碳材料層經(jīng)加壓、烘干而制成所述第一電極；所述第二碳材料層與金屬層經(jīng)加壓、烘干而制成所述第二電極。
[0019]所述導(dǎo)電層為直接在絕緣層上按預(yù)定圖案形成，或先形成金屬層，然后對(duì)該金屬層進(jìn)行圖案化處理，形成預(yù)定圖案的導(dǎo)電層；所述導(dǎo)電層的材料為銅或鋁。
[0020]所述第一碳材料層與第二碳材料層為直接按預(yù)定圖案涂布，或先涂布一層碳材料，然后對(duì)該碳材料層進(jìn)行圖案化處理，形成預(yù)定圖案的碳材料層與碳材料層；所述第一碳材料層與第二碳材料層的材料為活性碳或碳納米管。
[0021]所述隔膜為直接按預(yù)定圖案涂布設(shè)置，或先涂布一層隔膜，然后對(duì)其進(jìn)行圖案化處理，形成預(yù)定圖案的隔膜。
[0022]所述金屬層為按預(yù)定圖案直接在第二碳材料層上形成，或先形成金屬層在第二碳材料層上，然后對(duì)該金屬層進(jìn)行圖案化處理，形成預(yù)定圖案的金屬層；所述金屬層的材料為鋁或銅。
[0023]其中，通過浸泡或注入電解液的方式向第一與第二電極之間添加電解液。
[0024]所述平面基板的厚度為10um至50mm ;所述位于平面基板的絕緣層的厚度為10-15um ;所述導(dǎo)電層的厚度為10-20um ;所述第一碳材料層的厚度為0.21-0.23cm ;所述隔膜的厚度為15-25um ;所述第二碳材料層的厚度為0.21-0.23cm ;所述金屬層的厚度為10-20um ;所述位于第二電極上的絕緣層的厚度為10-15um。
[0025]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型平板式超級(jí)電容器，在平面基板上于一道工序里可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)電容器單體的制作，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。性能的一致性高、體積小、重量輕，而且可同時(shí)對(duì)該多個(gè)電容器單體進(jìn)行連接組成電容器組，方便后續(xù)使用時(shí)電容器組自身的組裝及對(duì)外安裝，從而有利于降低成本。
【附圖說明】
[0026]為了能更進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本實(shí)用新型的詳細(xì)說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對(duì)本實(shí)用新型加以限制。
[0027]附圖中，
[0028]圖1為本實(shí)用新型平板式超級(jí)電容器中電容器單體的截面示意圖；
[0029]圖2為本實(shí)用新型平板式超級(jí)電容器中電容器單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本實(shí)用新型平板式超級(jí)電容器中電容器組的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型所采取的技術(shù)手段及其效果，以下結(jié)合本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032]同時(shí)參閱圖1-3，本實(shí)用新型提供一種平板式超級(jí)電容器，其包括:平面基板100、形成于平面基板100上的絕緣層200、形成于絕緣層200上的數(shù)個(gè)電容器單體I。
[0033]所述電容器單體I包括形成于絕緣層200上的第一電極300、形成于第一電極300上的隔膜400、形成于隔膜400上的第二電極500、形成于第二電極500上的絕緣層600、及位于第一與第二電極300、500之間的電解液700。
[0034]所述第一電極300包括形成在絕緣層200上的導(dǎo)電層310與形成于導(dǎo)電層310上的第一碳材料層320 ；
[0035]所述第二電極500包括形成于隔膜400上的第二碳材料層510與形成于第二碳材料層510上的金屬層520 ；
[0036]數(shù)個(gè)電容器單體I疊置經(jīng)串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成電容器單元2 ;
[0037]數(shù)個(gè)電容器單元2串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成平板式超級(jí)電容器。
[0038]所述平面基板100的材料為陶瓷，所述平面基板100劃分成數(shù)個(gè)基板單元102，每一個(gè)基板單元102的面積為形成一個(gè)電容器單體I所需要的面積。
[0039]所述位于平面基板上的絕緣層200與位于第二電極上的絕緣層600的材料為聚