双高压无机系超级电容器的制作方法

本发明涉及一种双高压无机系超级电容器，尤其是涉及一种对高压超级电容器等结构的改良。

背景技术：

超级电容器，又叫双电层电容器超级电容器，当外加电压到两个极板上以后，电解液中的离子会被吸附到极板上完成极化，超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，它具有功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等优点。

传统的无机系超级电容器，单体电压一般不超过1V，一旦达到窗口电压，极片就会发生电解水反应，产生氧气和氢气，这种情况使得超级电容器在更高电压领域的应用受到了限制。同时大量气体产生会导致电容破裂，而无法继续使用，不同于有机系列的富液电容，无机系列的电容电解液含量比较低，如果采用铅酸蓄电池类似的开孔设计，电容单体里面的水会很快蒸发导致整体电容内阻巨大，不能使用。虽然无机系列的有上述问题，但是相比有机系列的高电压，高储能而言，无机系列更加环保，更加安全，不会发生爆炸，并且无机系列也有其独特的使用方面，比如在汽车启动、内燃机车启动、混合动力汽车启动方面的应用。因此，改进目前无机系列超级电容器的结构方式，提高超级电容器的单体电压和提高压力耐受性迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种更加安全和压力耐受的高压无机系列超级电容器，其主要解决现有无机电容器在生产过程中单片一致性不好导致的内阻过高，达到窗口电压后产生的气体的压力耐受性差，以及使用中的环境耐受能力差的技术问题。

为此本发明的技术方案为：双高压无机系超级电容器，包括封装壳体，其特征在于：在封装壳体内按照环氧树脂条、正取电极板、电容器单体、负取电极板、环氧树脂条的顺序叠放在一起压制而成；其中正、负极板之间设有至少30片及以上的电容器单体，电容器单体串联组装而成，每两个电容器单体之间通过隔膜间隔。

进一步的改进在于：所述的正负取电极板为导电的不锈钢或者合金极板，两块取电极板分别伸出一个极耳作为外接电源。

进一步的改进在于：所述的电容器单体为活性物质片，活性物质片是由集流片和涂布在集流片两侧的活性碳粉组成，集流片的四周预留3-5 mm边框和绝缘框配合，集流片材质为不锈钢带或者镍带。

进一步的改进在于：所述的活性物质片为超级活性炭、碱性电解液混合制成并涂布在集流片上，经烘干后裁减成片状。

进一步的改进在于：隔膜的面积与活性物质面积大小一致；隔膜的面积要比集流片的面积小，使隔膜正好能完全覆盖活性物质片。

进一步的改进在于：所述的压制压力大小在5-13 T。

有益效果：

本发明中采用环氧树脂条而不是环氧树脂板，这样浇筑的时候封装用环氧树脂才能够流到取电极板和壳体之间，起到更好的绝缘效果以及密封效果。由于具有坚固的外壳以及里面填充的环氧树脂良好的隔热抗震性能，使得此种电容能够在极高低温的范围和剧烈震动的条件下使用，同时由于加压组装和良好密封，短时间过压充电也不会导致电容破裂损坏，将过压调整到额定电压电容可以继续使用。

正负取电极板为不锈钢或者合金极板两块极板能够耐受一定强度的压力而不变形。

活性物质片在使用之前四周3-5 mm的碳粉是被刮掉的，然后垫上绝缘框，这样碳粉被挤压时不会出来，隔膜也能完全阻隔；隔膜的长度与宽度与活性物质面积大小一致；而另外隔膜为具有合适孔径的超级无机系列电容器专用隔膜纸；隔膜纸的面积要比集流片的面积小一些，也就是在隔膜纸正好能完全覆盖活性物质；这样在加压组装的时候相邻两片之间的集流片以及隔膜都不会接触而导致短路。

活性物质片由超级活性炭、碱性电解液搅拌均匀后，涂布在集流片上，经烘干后裁减成片状而成。对于一般的电池加工中都会使用胶黏剂或者分散剂会来提高碳粉和集流体的粘接，胶黏剂和分散剂会导致内阻的增加，本发明中由于最后使用巨大的压力压实电容单体，碳粉不会随意流动和脱落，因此活性物质中不需要添加胶黏剂和分散剂，这样增加电容的容量和降低内阻；同时采用了调整压力获得一致内阻的方案，提高了产品的稳定性。

隔膜尺寸的设置在加压组装的时候相邻两片之间的集流片以及隔膜都不会接触而导致短路。

使用5-13 T的压力保证了电容的一致性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明电容器单体示意图。

图3是叠放压装顺序的结构示意图。

图中标记说明：1是正取电极板；2 是负取电极板；3是极耳；4是活性物质片；4-1是集流片，5是隔膜；6是封装壳体；7是封装环氧树脂；8是活性碳粉；9是绝缘框；10是环氧树脂条。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

双高压无机系超级电容器，包括封装壳体6，在封装壳体内按照环氧树脂条10、正取电极板1、电容器单体、负取电极板2、环氧树脂条10的顺序叠放在一起压制而成；其中正、负极板1、2之间设有至少30片及以上的电容器单体，电容器单体串联组装而成，每两个电容器单体之间通过隔膜5间隔。

正、负取电极板1、2为导电的不锈钢或者合金极板，两块取电极板分别伸出一个极耳作为外接电源。

电容器单体为活性物质片4，活性物质片4是由集流片4-1和涂布在集流片两侧的活性碳粉8组成，集流片4-1的四周预留3-5 mm边框和绝缘框9配合，集流片4-1材质为不锈钢带或者镍带。

活性物质片4为超级活性炭、碱性电解液混合制成并涂布在集流片4-1上，经烘干后裁减成片状。

隔膜5的面积与活性物质4面积大小一致；隔膜5的面积要比集流片4-1的面积小，使隔膜5正好能完全覆盖活性物质片4。

压制压力大小在5-13 T。压的过程中测定壳体的串联内阻，始终调整压力大小，使得所有电容的内阻都相同，然后在保压状态下使用电焊或者激光焊接等技术将铁盖子和壳体连接起来，然后再从极耳伸出的那一侧浇筑封装环氧树脂完全密封，壳体是铁，合金或者玻璃钢等能够耐受一定强度压力的材质。

通过实验表明当压力超过13 T的时候，电容的内阻下降程度并不明显，一般在10-15 T的压力条件下，电容内阻基本都不发生变化，当压力再继续增加的时候，内阻反而会增大，原因是过大的压力导致活性物质中间的电解液渗出，碳粉导电性能下降。

实施例1：本例的双高压无机系超级电容器，有两块取电极板分别为正取电极板1和负取电极板2，两块取电极板各伸出一个极耳3用于外接电源，两块取电极板之间设有至少30片及以上的电容器单体，也就是活性物质片4，活性物质片4由集流片4-1和涂布在上面的活性碳粉8组成，活性物质片4刮边以后垫上绝缘框9，相邻电容器单体之间用隔膜5隔开，然后将串联叠装的电容器单体放进尺寸一致的封装壳体6，叠放顺序按照环氧树脂条10，正取电极板1，电容单体，负取电极板2，环氧树脂条10的顺序，使用5-13 T的压力将盖子压进封装壳体6并焊接起来，使得出来的电容内阻一致，然后通过正前面浇筑封装环氧树脂完全密封。组装后为24 V，40 mΩ，15 F的高压无机系超级电容器，主要用在客车的启动上面，短时间过充最高电压为28 V，在-30℃和 70℃环境温度下能够稳定充放电。

实施例2：本例的双高压无机系超级电容器，活性物质片4为90片，取电极板为4片，叠放顺序是取电极板A，30片活性物质片，取电极板B，30片活性物质片，取电极板C，30片活性物质片，取电极板D，其余操作同实施例1。

在外接电源的时候，取电极板A的极耳和取电极板C的极耳焊接在一起形成新的正电极，取电极板D的极耳和取电极板B的极耳焊接在一起形成新的负电极。组装后为24 V，18 mΩ，45 F的高压超级电容器，主要用在重型卡车的启动上面，短时间过充最高电压为28 V，在-30℃和 70℃环境温度下能够稳定充放电。

这些实施例仅用于说明本发明不局限于上述优选的实施方式。