一种方形电池电容器的制作方法

本发明属于超级电容器及锂离子电池电源技术领域，尤其涉及一种方形电池电容器，特别涉及应用于通讯与计量智能表计中的方形电池电容器，

背景技术：

方形电池电容器是一种新型的电荷储备元件，是锂离子电池和超级电容器的组合，是功率密度与能量密度兼得的“双赢”结合体，与超级电容器相比，方形电池电容器的工作电压高，漏电小；与电池相比，方形电池电容器具有非常高的功率密度、充电速度快、使用寿命长、宽温度性能优越等。

方形电池电容器作为一种高脉冲方形电池电容器，主要应用于通讯与计量智能表计中，尤其在实现智能交通(如ETC)，提高公路的通行能力，节约基建费用和管理费用方面做出了积极地贡献，也实现了节能减排，低碳出行，降低环境污染。此外，方形电池电容器还可广泛应用于智能水表、热表、气表等表计系统、智能电网系统、GPS/GSM/ARGOS相关系统、射频识别系统、紧急设备和军事应用，也可与电池联用作为电动汽车的动力系统等。

目前，市场的超级电容器单体的正常工作电压通常3V以下，漏电流偏大，而通讯与计量智能表计用方形电池电容器电压在2.0V～4.2V，体积小，重量轻，漏电流小，脉冲性能高和容量高，且现通讯与计量智能表计用方形电池电容器主要为圆柱形电容器，圆柱形电容器占用体积较大，空间利用率低，不能满足通讯与计量表计超薄及卡片式结构。

现有的超级电容器电性能不能满足使用要求，顶部设置泄压阀占用体积较大，不适用于通讯与计量智能表计后备电源使用体积小的要求。

综上所述，研制体积小、重量轻、脉冲性能和容量高的方形电池电容器是解决通讯与计量智能表计电源方案的关键。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于：提供一种体积小、高脉冲、低自放电、高可靠性的方形电池电容器。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种方形电池电容器，包括呈方形的壳体，所述壳体的顶部设置有耐电解液腐蚀的密封组件，壳体的底部开口处设置有自启式防爆泄压阀，所述壳体内部设置有电解液以及置于所述电解液中的卷芯组件，所述壳体的顶部或底部设置有电解液注液孔。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，所述卷芯组件包括一个单体裸卷芯，或所述卷芯组件包括两个及两个以上相互平行焊接的单体裸卷芯。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，所述单体裸卷芯包括阴极、隔离膜以及阳极，所述阴极、所述隔离膜以及所述阳极以叠片或卷绕的方式组合形成所述单体裸卷芯。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，所述隔离膜采用聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯微孔膜或聚丙烯微孔膜。。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，所述阴极采用金属氧化物或多金属氧化物中的一种或几种为正极活性基材，将正极活性基材、导电石墨、超导乙炔黑和聚偏氟乙烯粘结剂混合，以N-甲基吡咯烷酮或去离子水作溶剂，搅拌成浆料，涂布在10～20微米的铝箔上制成。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，所述阳极采用碳类材料为负极活性材料，将负极活性基材，羧甲基纤维素、可溶性丁苯橡胶粘结剂混合，以N-甲基吡咯烷酮或去离子水作溶剂，搅拌成浆料，涂布在8～15微米的铜箔上制成。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，所述密封组件包括盖板，所述盖板上设置有用于安装极柱的极柱安装孔，所述极柱安装孔中设置有极柱，所述极柱与所述盖板之间的所述极柱安装孔中设置有耐腐蚀密封胶，所述极柱通过冲压后在两端形成用于固定极耳以及压环的凸台。

作为一种优选的技术方案，所述耐腐蚀密封胶与所述盖板采用注塑工艺一体加工成型。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，所述极柱两端分别设置有顶盖以及垫片，所述顶盖与所述盖板之间的极柱上套设有上压环。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，还包括用于注液的注液孔，所述注液孔设置在所述盖板上或设置在所述壳体的底部，所述注液孔处设置有注液孔密封件。

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，还包括用于密封所述注液孔的注液孔密封件，所述注液孔密封件为与所述注液孔相配合的钢钉，或，所述注液孔密封件为与所述注液孔相配合的钢珠

作为所述的方形电池电容器的一种优选技术方案，所述壳体采用金属铝、碳钢、不锈钢、耐腐蚀金属或多金属合金材质制成。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种通讯与计量智能表计专用的方形电池电容器，其顶端设有耐电解液腐蚀密封组件，底部设计自启式防爆泄压阀方形壳体的方形结构，具有的结构设计厚度可以在6mm以下，与相同尺寸的圆柱结构相比较，设备空间体积下降34％以上。

(2)本发明采用激光焊、氩弧焊接等方式将密封组件的方形盖板周边与极耳、外壳进行全密封；同时，通过铆接方式将密封组件的极柱与正极耳连接起来，提高方形电池电容器的安全可靠性能，保证电容器在充放电或长期存放过程中，不会由于极耳腐蚀、漏液引起电压下降、内阻增加和容量降低，具有的结构设计使用寿命10年以上。

(3)本发明通过正极材料、负极材料、添加剂和电解液的选择进行合适配比，所制得的方形电池电容器电压范围在2.5V-4.2V之间，漏电流(自放电率)极低，脉冲电流高，其正常使用温度范围可为-40℃～+85℃，宽温度和低自放电率有效地增强了它的实用性。

(4)本发明提供的一种方形电池电容器可单个或多个串/并联使用，也可与其他电源配合使用形成电源组合单元，组合线路中设有防反充电的单向二极管，电源组合单元具有非常高的功率密度和能量密度，进一步扩大了方形电池电容器的使用领域。

(5)本发明方形电池电容器不仅可满足车载系统通讯与计量智能表计，还可应用于智能气表、智能水表、野外追踪等领域。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所述方形电池电容器俯视示意图。

图2为图1中A-A向剖视图。

图3为本发明所述密封组件局部放大示意图。

图4为本发明所述方形电池电容器仰视示意图。

图5为本发明方形电池电容器的充放电曲线示意图。

图6为本发明所述方形电池电容器与锂亚硫酰氯电池组合的充电曲线图。

图7为本发明所述方形电池电容器另一结构剖面示意图。

图8为本发明所述方形电池电容器又一结构剖面示意图。

图9为本发明所述方形电池电容器再一结构剖面示意图。

图10为本发明所述方形电池电容器另一结构剖面示意图。

图中：

1、壳体；2、密封组件；21、盖板；22、极柱；23、耐腐蚀密封胶；24、顶盖；25、垫片；26、上压环；3、防爆泄压阀；4、卷芯组件；41、阴极；42、隔离膜；43、阳极；44、第一导电元件；45、第二导电元件；5、注液孔；51、注液孔密封件；6、绝缘底膜。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明所述的一种方形电池电容器,包括呈方形的壳体，所述壳体的顶部具有顶部开口，底部具有底部开口，所述顶部开口处设置有耐电解液腐蚀的密封组件，底部开口处设置有自启式防爆泄压阀，所述壳体内部设置有电解液以及置于所述电解液中的卷芯组件。所述方形锂离子电池电容器具有锂离子电池的能量密度，也具有超级电容器的功率密度，可单独使用，也可与其他电源组合使用。

实施例一：

如图1～6所示，于本实施例中，本发明所述的一种方形电池电容器,包括呈方形的壳体1，所述壳体1的顶部具有顶部开口，底部具有底部开口，所述顶部开口处设置有耐电解液腐蚀的密封组件2，底部开口处设置有自启式防爆泄压阀3，所述壳体1内部设置有电解液以及置于所述电解液中的卷芯组件4。

所述壳体1采用金属铝、碳钢、不锈钢、耐腐蚀金属或多金属合金材质制成。

具体的，所述卷芯组件4上设置有第一导电元件44以及第二导电元件45，所述第一导电元件44与所述密封组件2电连接，所述第二导电元件45与所述壳体1电连接。所述壳体1的底部设置有绝缘底膜6。所述密封组件2的周部与所述壳体1的内壁焊接连接，所述第二导电元件45位于所述密封组件2的周部与所述壳体1的内壁之间，与所述壳体1的内壁焊接连接。

于本发明所述的方案中所述卷芯组件4可以为一个单体裸卷芯，或所述卷芯组件4包括两个及两个以上相互平行焊接的单体裸卷芯。

下面以单体裸卷芯为例进行详细说明，所述单体裸卷芯包括阴极41、隔离膜41以及阳极43，所述阴极41、所述隔离膜41以及所述阳极43以叠片或卷绕的方式组合形成所述单体裸卷芯。所述隔离膜41可以采用聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯微孔膜或聚丙烯微孔膜。本实施例中具体采用聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯微孔膜。

本实施例中所述阴极41采用金属氧化物或多金属氧化物中的一种或几种为正极活性基材，将正极活性基材、导电石墨、超导乙炔黑和聚偏氟乙烯粘结剂混合，以N-甲基吡咯烷酮或去离子水作溶剂，搅拌成浆料，涂布在10～20微米的铝箔上制成；所述阳极43采用碳类材料为负极活性材料，将负极活性基材，羧甲基纤维素、可溶性丁苯橡胶粘结剂混合，以N-甲基吡咯烷酮或去离子水作溶剂，搅拌成浆料，涂布在8～15微米的铜箔上制成。

所述密封组件2包括盖板21，所述盖板21上设置有用于安装极柱22的极柱22安装孔，所述极柱22安装孔中设置有极柱22，所述极柱22与所述盖板21之间的所述极柱22安装孔中设置有耐腐蚀密封胶23。

作为一种优选的技术方案，所述耐腐蚀密封胶23与所述盖板21采用注塑工艺一体加工成型。

本实施例中所述极柱22通过冲压后在两端形成用于固定极耳以及压环26的凸台。

更为具体的，在本实施例中所述极柱22呈T字形结构，具有朝向壳体1内部的第一端部以及朝向电池外部的第二端部，所述第一端部设置有台阶面，所述耐腐蚀密封胶23在电池的内部延伸至所述台阶面与所述盖板21之间，所述极柱22两端分别设置有顶盖24以及垫片25，所述顶盖24与所述盖板21之间的极柱22上套设有上压环26，所述耐腐蚀密封胶23在电池的外部延伸至上压环26与所述盖板21之间。

还包括用于向壳体1内部加注电解液的注液孔5，本实施例中所述注液孔5设置在所述盖板21上。

当然所述注液孔5的设置位置并不局限于本实施例所述的设置在盖板21上，如图7、9、10所示，在其他实施例中所述注液孔5还可以设置在所述壳体1的底部。

所述注液孔5处设置有注液孔密封件51；本实施例中所述注液孔密封件51为密封钉。

注液孔5的密封形式并不局限于采用密封钉进行密封，如图7、8、10所示，在其他实施例中，还可以采用密封球的形式进行密封。

本发明采用激光焊、氩弧焊接等方式将密封组件2的方形盖板21周边与极耳、壳体1进行全密封；同时，通过铆接方式将密封组件2的极柱22与正极耳连接起来，提高方形电池电容器的安全可靠性能，保证电容器在充放电或长期存放过程中，不会由于极耳腐蚀、漏液引起电压下降、内阻增加和容量降低，具有的结构设计使用寿命10年以上

本实施例所述的方形电池电容器与圆柱形电池电容器进行体积参数比较，结果如表1所示:

表1

由上表可知，本发明的方形电池电容器空间体积占用率低于圆柱电池电容器。

作为一种具体优选的技术方案，本实施例所述的方形电池电容器，该电容器的阳极43由92％的软碳活性材料，4％超级导电剂，1.5％粘结剂，以及2.5％分散剂混合均匀，以去离子水作溶剂，搅拌成浆料涂覆在15微米的铜箔上而成；阴极41由89％的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2活性材料，7％超级导电剂，3.5％粘结剂，以及0.5％草酸混合均匀，以N-甲基吡咯烷酮作溶剂，搅拌成浆料，涂覆在20微米的铝箔上而成；正、阳极43中间有隔膜隔离后卷绕形成卷芯，正、负极耳一端分别与正、阳极43连接，另一端引出到电容器外壳的正、负极端上；电容器不锈钢外壳和顶部连接有热熔性密封组件2，注液孔5位于方形盖板21上。制得的方形电池电容器充放电曲线图如图5所示。

采用上述材料及组分加工而成的方形电池电容器与现有锂亚硫酰氯电池并联组合形成电池组，在最大工作电压、额定容量、工作温度范围、漏电流、脉冲电流以及重量上进行对比，结果如表2所示：

表2

按上述材料及组分加工而成的SPC1520方形电池电容器，SPC1520方形电池电容器初始电压为3.64V，将该方形电池电容器与现有电池产品惠州亿纬锂能生产的锂亚硫酰氯电池ER14250并联组合电池组后，ER14250对SPC1520方形电池电容器进行充电，方形电池电容器电压在12h内达到3.66V，充电平衡需要120h左右，平衡后SPC1520方形电池电容器电压与锂亚硫酰氯电池ER14250一致，结果如图6所示。

结合实施例得出，本发明提供的方形电池电容器缩减了空间体积占用率，其安全性能和电性能均能满足通讯与计量智能表计领域的要求。

具体的，组合线路中设有防反充电的单向二极管，电源组合单元具有非常高的功率密度和能量密度，进一步扩大了方形电池电容器的使用领域。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。