一种大容量电化学器件单体结构及其组装方法与流程

本发明属于电化学储能器件技术领域，特别是涉及一种易实现自动化加工、安全可靠的圆柱形大容量电化学器件单体结构及其自动化组装方法。

背景技术：

超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几千法拉，与传统电容器相比，它具有较大的容量，较高的能量，较宽的工作温度和极长的使用寿命，而与蓄电池相比它有具有较高的比功率，且对环境无污染，在包括轨道交通、风力发电、公交大巴、智能电网等国家战略性新兴产业具有广泛的市场需求，但是由于传统的超级电容器在结构上通常采用电极芯两端焊接集流体，一端集流体与铝罐外壳通过热装配合，另外一端集流体与上盖配合，上盖与铝罐之间通过密封圈密封绝缘，然后封口固定，装配工序相对复杂，很多工序需手工操作，在真空干燥前无法实现自动化生产，导致产品的一致性较差和产品成本较高的缺点，在很多应用领域不能很好的发挥超级电容器的优势。并且由于铝罐也是带电作为一个极性，封口后，铝罐与另外一个极性上盖之间距离很近，容易产生电化学腐蚀和短路风险。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种容易实现自动化加工、安全可靠的圆柱形大容量电化学器件单体结构及其组装方法，以解决传统超级电容器存在上述的缺点。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种大容量电化学器件单体结构，包括位于两端的铝极柱、铝罐、位于两端的盖板、集流体、电极卷芯；所述电极卷芯两端面分别连接一个集流体；两个所述集流体分别连接两端的铝极柱；其特征在于：所述铝极柱为阶梯柱；

所述盖板套在铝极柱上，所述盖板一侧端面和铝极柱之间设置有绝缘圈，所述绝缘圈内圈壁和铝极柱之间设置有密封圈；所述密封圈通过塑料固定块抵压在所述铝极柱上；所述盖板内圈壁与铝极柱之间通过绝缘圈和塑料固定块隔离；所述塑料固定块上方设置卡固件进行定位。

其进一步特征在于：所述铝极柱一端的圆周面上具有台阶，所述台阶插入集流体内径中，使所述铝极柱的一端圆周面的外径与集流体的外径相吻合。

进一步的：一端的所述盖板外圆周插入所述铝罐内径；另一端的所述盖板外圆周上具有台阶，所述台阶插入所述铝罐的内径。

外圆周插入所述铝罐内径的一端盖板上端面与铝罐口相平齐；另一端的所述盖板的外圆周外径与铝罐外径相吻合。

优选的：外圆周插入所述铝罐内径的一端盖板外圆周直径和铝罐内径之差为-0.1~+0.3mm。

上述电极卷芯卷绕的两个端面平整，分别焊接一个集流体，所述集流体焊接面上开有定位孔和导液孔。

上述铝极柱位于铝罐外部部分为螺纹结构或非螺纹结构；一端或两端所述铝极柱上开有注液孔，注液孔内采用胶塞和激光焊接方式密封。

一种基于上述大容量电化学器件单体结构的大容量电化学器件单体组装方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）将电极芯材料卷绕成电极芯卷，通过整形压平，使两个端面平整，并分别通过激光焊接一个集流体；

（2）将两个铝极柱一端圆周面的台阶分别插入两个集流体内径中，使两个铝极柱的外圆周的外径与两个集流体的外径相吻合，采用激光通过两个台阶与两个集流体的两个接触缝沿圆周方向将铝极柱和集流体焊接在一起；

（3）在两个铝极柱上依次装配密封圈、绝缘圈和盖板，并用塑料固定块压紧，卡固件定位；

（4）将步骤（3）中的电极芯卷组合体从一端放入铝罐，使一端盖板穿过铝罐后上端面与铝罐口相平齐；另一端盖板外圆周上的台阶插入铝罐的内径，使盖板的外圆周外径与铝罐外径相吻合；

（5）使用激光分别沿盖板和铝罐两者的缝隙将盖板和铝罐焊接起来。

优选的：所述步骤（4）中，预先将铝罐加热膨胀后再进行装配，其加热温度在150~200度之间。

所述步骤（5）中，采用连续焊，焊接熔深为0.5~1.2mm，光斑重叠率为60~90%。

本发明的有益效果为，采用该结构生产工序简单，容易实现自动化生产，提高产品的一致性，减少生产成本，更利于各行业对超级电容器的使用。另外，本发明单体结构，铝罐和铝极柱绝缘，铝罐不带电，避免了电化学腐蚀和短路的风险，提高了电化学器件的可靠性。

附图说明

图1为本发明大容量电化学器件单体结构示意图。

图2、3为正极铝极柱和负极铝极柱组装结构示意图。

图4为负极盖板与铝罐圆周焊接效果放大图。

具体实施方式

如图1所示一种大容量电化学器件单体结构，包括正极铝极柱2、铝罐9、正极盖板1、正极集流体7、电极卷芯8和负极集流体7a和负极盖板1a和负极铝极柱2a。电极卷芯8两端面分别连接正极集流体7和负极集流体7a。正极集流体7和负极集流体7a分别连接正极铝极柱2和负极铝极柱2a。

如图2所示，正极铝极柱2和负极铝极柱2a为阶梯柱。正极盖板1套在正极铝极柱2上，正极盖板1下端面和正极铝极柱2之间设置有绝缘圈5，绝缘圈5内圈壁和正极铝极柱2之间设置有密封圈6；绝缘圈5上方抵压有塑料固定块4；正极盖板1内圈壁与正极铝极柱2之间通过绝缘圈5和塑料固定块4隔离；塑料固定块4上方设置有卡簧3定位。如图3所示，同样结构的，负极盖板1a套在负极铝极柱2a上，负极盖板1a上端面和负极铝极柱2a之间设置有绝缘圈5，绝缘圈5内圈壁和负极铝极柱2a之间设置有密封圈6；绝缘圈5下方抵压有塑料固定块4；负极盖板1a内圈壁与负极铝极柱2a之间通过绝缘圈5和塑料固定块4隔离；塑料固定块4下方设置有卡簧3定位。

为了安装的可靠性，正极铝极柱2下部圆周面上具有台阶，该台阶插入正极集流体7内径中，使正极铝极柱2的下部圆周面的外径与正极集流体7的外径相吻合。同样的，负极铝极柱2a上部圆周面上具有台阶，该台阶插入负极集流体7a内径中，使负极铝极柱2a的上部圆周面的外径与负极集流体7a的外径相吻合。

如图1所示，铝罐9外径在50~100mm，高度30~200mm，壁厚在0.5~1.2mm，呈直筒结构，并带有防爆槽10。为了便于安装，正极盖板1外圆周直径和铝罐9内径之差为-0.1~+0.3mm，即正极盖板1外径与铝罐9的内径之间的配合可以是过盈配合或者间隙配合。正极盖板1外圆周可以插入所述铝罐9内径。如图1、4所示，负极盖板1a外圆周上具有台阶，该台阶插入铝罐9的内径。正极盖板1上端面与铝罐9口相平齐；负极盖板1a的外圆周外径与铝罐9外径相吻合。

电极卷芯8卷绕的两个端面平整，分别焊接正极集流体7和负极集流体7a，正极集流体7和负极集流体7a焊接面上开有定位孔和导液孔。

正极铝极柱2和负极铝极柱2a位于铝罐外部部分可以为螺纹结构或非螺纹结构；正极铝极柱2和或负极铝极柱2a上开有注液孔11，注液孔11内采用胶塞和激光焊接方式密封。

一种基于上述大容量电化学器件单体结构的大容量电化学器件单体组装方法，包括下述步骤：

（1）将电极芯材料卷绕成电极芯卷8，通过整形压平，使两个端面平整，并分别通过激光焊接正极集流体7和负极集流体7a。

（2）将正极铝极柱2下部圆周面的台阶和负极铝极柱2a的上部圆周面台阶分别插入正极集流体7内径和负极集流体7a的内径中，使两个铝极柱的外圆周的外径与两个集流体的外径相吻合，采用激光通过两个台阶与两个集流体的两个接触缝沿圆周方向将铝极柱和集流体焊接在一起。

（3）在正极铝极柱2上依次装配密封圈6、绝缘圈5和正极盖板1，并用塑料固定块4压紧，卡簧3定位；在负极铝极柱2a上依次装配密封圈6、绝缘圈5和负极盖板1a，并用塑料固定块4压紧，卡簧3定位。

（4）将步骤（3）中的电极芯卷8组合体从正极铝极柱2一端放入铝罐9，使正极盖板1穿过铝罐9后上端面与铝罐9口相平齐；负极盖板1a外圆周上的台阶插入铝罐9的内径，负极盖板1a的外圆周外径与铝罐9外径相吻合；在装配前预先将铝罐9加热膨胀后再进行装配，其加热温度在150~200之间。

（5）使用激光连续焊分别沿正极盖板1和铝罐9两者的缝隙、负极盖板1a和铝罐9两者的缝隙12（如图4所示），将正极盖,1、负极盖板1a和铝罐9焊接起来。焊接熔深为0.5~1.2mm，光斑重叠率为60~90%。

其中步骤（3）中的卡簧也可以采用铆接形式替代，即对铝极柱施压，使铝极柱产生变形对密封圈、绝缘圈和盖板和塑料固定块进行定位。

采用本发明结构生产工序简单，容易实现自动化生产，提高产品的一致性，减少生产成本，更利于各行业对超级电容器的使用。