专利名称：一种扣式电化学电容器及其制造方法
技术领域：
本发明公开了 一种电化学电容器及其制造方法，尤其涉及扣式电化学电 容器及其制造方法。
背景技术：
电化学电容器(也称超级电容器，以下同)是近年来出现的一种介于传 统电容器和二次电池之间的新型环保储能器件，它在保留传统电容器功率密 度大的特点的同时，其静电容量可达法拉级甚至数千法拉，因此还有能量密 度较高的特点，同时电化学电容器还具有充放电速度快、充放电效率高、寿 命长、安全性好、环境友好等优点，是一种新型、实用、高效、清洁可再生 的新能源储能器件。扣式电化学电容器在很多领域都有广阔的应用，目前扣式电化学电容器应用最广的部分是电子产品领域，主要是充当CMOS (互补金属氧化物半导体) 保护、计时器、钟表、录像机、移动电话等的后备电源。扣式电化学电容器的制作方法主要采用调制好的炭质活性材料、导电剂 和粘结剂、溶剂等的混合料直接在辊压机上进行轧制后，冲成所需钮扣式极 片或者采用打片机直接打出钮扣式极片，然后将正电极、隔离模、负电极等 制成所需尺寸，加入电解液依次放入钢壳制成扣式电化学电容器单体。但是，对于常规的扣式电化学电容器来说，正极电极片和负极电极片非 常厚， 一般为0.5 mm lmm，由于内阻过大，在大电流放电的时候，由内阻 引起的压降过大，导致容量损失严重，而且还存在由于扣式极片过厚，电子 电导慢而产生的极化现象，影响电化学电容器的正常工作，这也是目前扣式 电化学电容器急需要解决的一个问题。发明内容本发明要解决的技术问题是克服现有产品的不足，提供了一种大电流放 电性能优异的扣式电化学电容器。一种扣式电化学电容器，包括扣式正极壳盖和扣式负极壳盖，扣式正 极壳盖与扣式负极壳盖密封连接，扣式正极壳盖和扣式负极壳盖内装有正极 电极片、负极电极片、多孔隔离膜和电解液；正极电极片由正极活性材料涂 覆在正极集流体上制成，负极电极片由负极活性材料涂覆在负极集流体上制成，正极电极片连接于扣式正极壳盖，负极电极片连接于扣式负极壳盖；其特征在于所述的正极电极片、多孔隔离膜和负极电极片依次巻绕在一起组 成巻芯。巻芯优选方形或饼状巻芯。根据所述的扣式电化学电容器，其特征在于所述的巻芯由正极电极片、 多孔隔离膜、负极电极片巻绕制成方形或饼状。根据所述的扣式电化学电容器，其特征在于所述的正极电极片包括正 极活性材料、正极集流体和正极连接片，正极电极片通过正极连接片与正极 壳盖相连；所述的负极电极片包括负极活性材料、负极集流体和负极连接片， 负极电极片通过负极连接片与负极壳盖相连。根据所述的扣式电化学电容器，其特征在于所述的正极电极片是由正极活性材料、导电剂、粘结剂按照如下的重量 份混合成正极浆料涂覆在正极集流体上制成 正极活性材料70 95 导电剂 2 10 粘结剂 3 20;所述的负极电极片(2)是由负极活性材料(12)、导电剂、粘结剂按照如下的重量份混合成负极浆料涂覆在负极集流体(11)上制成负极活性材料70 95 导电剂 2 10 粘结剂 3 20。 根据所述的扣式电化学电容器，其特征在于(1) 正极活性材料 87 92 导电剂 3 7 粘结剂 5 10;(2) 负极活性材料 87 92 导电剂 23 7 粘结剂 5 10。根据所述的扣式电化学电容器，其特征在于所述的正极活性材料和负极活性材料选用大比表面的炭质活性材料， 金属氧化物或导电高分子聚合物中的一种或几种；大比表面的炭质活性材料多孔活性碳、活性碳碳纤维、碳气凝胶、碳 纳米管、玻璃碳；金属氧化物二氧化锰(MnO》、氧化镍(Ni0x)、 二氧化钌(Ru(U; 导电高分子聚合物聚丙胺(PAN)、聚吡咯、聚噻吩；所述的正极电极片和负极电极片的导电剂选用乙炔炭黑，导电碳纤维 或导电石墨中的一种或几种；所述正极电极片和负极电极片的集流体选用铝箔、铝网、铜箔、铜网、 泡沫镍、镍箔或镍网，正极集流体和负极集流体可选择同一种集流体，也可 以选择不同的集流体；所述正极电极片和负极电极片的粘接剂选用聚四氟乙烯(PTFE)、均聚 或共聚偏氟乙烯(PVDF)、改性聚丙烯酸及其酯类、聚乙烯醇、羧甲基纤维素 钠，所述粘接剂既可以是粉末状也可以是乳液状；所述的电容器的电解液用有机体系或无机体系；其中，有机体系的电 解液溶剂选用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙腈、Y-丁内酯或者它们的混合溶 剂，电解液盐可选用四乙基四氟硼酸季铵盐、四乙基四氟硼酸季磷盐、四正 丙基四氟硼酸季磷盐、四乙基六氟磷酸季磷盐、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂， 所述电解液浓度为0. 1 5摩尔/升；无机体系的电解液溶剂为水，电解液盐 选用硫酸、硫酸钠、氢氧化钾，所述电解液浓度为1 10摩尔/升。所述的多孔隔离膜选用聚乙烯膜、聚丙烯膜或它们的改性聚合物，或者选用无纺布或纤维素。 根据所述的扣式电化学电容器，其特征在于正极活性材料和负极活性材料选用多孔活性炭 85重量份； 正极电极片和负极电极片的导电剂选用乙炔碳黑 5重量份； 正极电极片和负极电极片的粘接剂选用均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体 10重量份；先将10重量份的均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体完全溶解于250重量份的氮 -甲基吡咯烷酮(隨P)中，然后再将85重量份的多孔活性炭、5重量份的乙 炔碳黑与其进行混合、搅拌、分散制成均匀浆料。一种制扣式电化学电容器的方法，其特征在于包括-
a. 将电化学电容器正极活性材料、导电剂、粘结剂按照所述的重量份加 入溶剂混合成正极浆料；将电化学电容器负极活性材料、导电剂、粘结剂按 照所述的重量份加入溶剂混合成负极浆料；b. 将步骤a制得的正极浆料和负极浆料分别均匀涂覆于金属集流体上， 得到正极电极片和负极电极片；c. 分切多孔隔离膜；d. 将干燥后的正极电极片、多孔隔离膜和负极电极片依次巻绕得到方形 或饼状巻芯；e. 将正极电极片上的正极连接片连接于正极壳盖，将负极电极片上的负 极连接片连接于负极壳盖；f. 加入电解液；g. 封装成扣式电化学电容器。根据所述的制造扣式电化学电容器的方法，其特征在于(1) 按照以下重量份进行原料配比 多孔活性炭 85 ; 乙炔碳黑 5; 均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体 10;制作方法先将10重量份的均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体完全溶解于250 重量份的氮-甲基吡咯烷酮(醒P)中，然后再将85重量份的多孔活性炭、5 重量份的乙炔碳黑与其进行混合、搅拌、分散制成均匀浆料；(2) 按照所制造电化学电容器的电极尺寸的要求采用流延机将其浆料均 匀涂覆在金属铝箔表面，涂布尺寸可以通过对流延机的控制来实现，13(TC真 空干燥5 60分钟；依照同样的方法，在铝箔的另一面也均匀的涂覆浆料， IO(TC真空干燥5 20分钟；由此制得两侧均匀涂覆炭质活性材料的电化学电 容器极片；(3) 分切上述的电化学电容器极片，分别焊接正极连接片和负极连接片 得到电化学电容器正极电极片和负极电极片；(3) 按照隔离膜尺寸的要求分切隔离膜；(4) 将一片电化学电容器正极电极片、 一片电化学电容器负极电极片、 一片多孔隔离膜巻绕在一起得到巻芯；巻芯优选方形或饼状巻芯。(5) 将正极连接片连接于扣式正极壳盖，将负极连接片连接于扣式负极壳盖；(6) 加入电解液；(7) 封装成扣式电化学电容器。本发明的有益效果在于不锈钢壳内使用方形或饼形巻芯，正极电极片和负极电极片厚度均为0. 02mrn 0. 2mm，相对已有的扣式结构电极片比较薄。 一方面可以明显降低扣式电化学电容器的内阻；另一方面减小电子电导慢造 成的极化，提高大电流放电性能。
图l为本发明的结构示意图。 图2为本发明中的正极电极片示意图。 图3为本发明中的负极电极片示意图。 图4为本发明多孔隔离膜示意图。附图中1、负极连接片；2、负极电极片；3、扣式负极壳盖；4、多孔 隔离膜；5、密封材料；6、扣式正极壳盖；7、正极连接片；8、正极电极片； 9、正极集流体；10、正极活性材料；11、负极集流体；12、负极活性材料。
具体实施方式
本发明扣式电化学电容器，如图l、图2、图3、图4所示，包括扣式正极壳盖6和扣式负极壳盖3，扣式正极壳盖6与扣式负极壳盖3密封连接， 扣式正极壳盖6和扣式负极壳盖3内装有正极电极片8、负极电极片2、多孔 隔离膜4和电解液；正极电极片8由正极活性材料10涂覆在正极集流体9上 制成，负极电极片2由负极活性材料12涂覆在负极集流体11上制成，正极 电极片8连接于扣式正极壳盖6，负极电极片连接于扣式负极壳盖3;所述的 正极电极片8、多孔隔离膜4和负极电极片2依次巻绕在一起组成方形或饼 状巻芯。所述的方形或饼状巻芯由一片正极电极片、 一片多孔隔离膜、 一片负极 电极片巻绕制成。所述的正极电极片8包括正极活性材料10、正极集流体和正极连接片7， 正极电极片8通过正极连接片7与正极壳盖6相连；所述的负极电极片2包 括负极活性材料12、负极集流体和负极连接片，负极电极片2通过负极连接
片1与负极壳盖3相连。本发明一种扣式电化学电容器的制造方法，包括如下步骤a. 将电化学电容器正极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂按照的一定的 重量比混合成正极浆料；将电化学电容器负极活性材料、导电剂、粘结剂、 溶剂按照的一定的重量比混合成负极浆料；b. 将步骤a制得的正极浆料均匀涂覆于正极金属集流体上得到正极电 极片；将步骤a制得的负极浆料均匀涂覆于负极金属集流体上得到负极电极 片。涂覆厚度为0.02 mm 0.2mm，涂覆一面和两面都可以。c. 分切多孔隔离膜；d. 将干燥后的正极电极片、多孔隔离膜和负极电极片依次叠加巻制得到 方形或饼状巻芯；e. 将正极电极片上的正极连接片连接于正极壳盖，将负极电极片上的负 极连接片连接于负极壳盖；f. 加入电解液；g. 封装成扣式电化学电容器。在上述制造方法中，所述超级电容正极活性材料、导电剂、粘结剂的重 量比为70 95 : 2 10 : 3 20，优选为87 92: 3 7: 5 10。在上述制造方法中，所述超级电容负极活性材料、导电剂、粘结剂的重 量比为70 95 : 2 10 : 3 20，优选为87 92: 3 7: 5 10。在上述制造方法中，所述的超级电容正极活性材料和超级电容负极活性 材料可以选用大比表面的炭质活性材料，金属氧化物或导电高分子聚合物 中的一种或几种。炭质活性材料多孔活性碳、活性碳碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳。金属氧化物二氧化锰(MrA)、氧化镍(NiOx)、 二氧化钌(RuO》。 导电高分子聚合物聚丙胺(PAN)、聚吡咯、聚噻吩。 在上述制造方法中，所述的电化学电容器正极电极片和电化学电容器负 极电极片的导电剂可以选用乙炔炭黑，导电碳纤维或导电石墨中的一种或几种。在上述制造方法中，所述电化学电容器正极电极片和电化学电容器负极 电极片的集流体可以选用铝箔、铝网、铜箔、铜网、泡沫镍、镍箔或镍网， 正极集流体和负极集流体可选择同一种集流体，也可以选择不同的集流体。在上述制造方法中，所述电化学电容器正极电极片和电化学电容器负极 电极片的粘接剂可以选用聚四氟乙烯(PTFE)、均聚或共聚偏氟乙烯(PVDF)、 改性聚丙烯酸及其酯类、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠等，所述粘接剂既可以 是粉末状也可以是乳液状。在上述制造方法中，所述的电化学电容器的电解液可选用有机体系或 无机体系。其中，有机体系的电解液溶剂可选用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、 乙腈、Y-丁内酯或者它们的混合溶剂，电解液盐可选用四乙基四氟硼酸季铵 盐、四乙基四氟硼酸季磷盐、四正丙基四氟硼酸季磷盐、四乙基六氟磷酸季 磷盐、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂，所述电解液浓度为O. 1-5摩尔/升；无机体 系的电解液溶剂为水，电解液盐可选用硫酸、硫酸钠、氢氧化钾，所述电解 液浓度为1-10摩尔/升。在上述制造方法中，所述的多孔隔离膜可选用聚乙烯膜、聚丙烯膜或 它们的改性聚合物，也可以使用无纺布或纤维素等。在上述制造方法中，所述的电化学电容器的外包装方式为不锈钢壳包装。下面将通过实施例对本发明的电化学电容器的制造方法和具体结构作进 一步的描述。实施例1:通过如下方法步骤制造本发明的扣式电化学电容器。(1) 按照以下重量份进行原料配比 多孔活性炭 85 ; 乙炔碳黑 5;均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体 10;制作方法先将10重量份的均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体完全溶解于250 重量份的氮-甲基吡咯烷酮(丽P)中，然后再将85重量份的多孔活性炭、5 重量份的乙炔碳黑与其进行混合、搅拌、分散制成均匀浆料。(2) 按照所制造电化学电容器的电极尺寸的要求采用流延机将其浆料均 匀涂覆在金属铝箔表面，涂布尺寸可以通过对流延机的控制来实现，13(TC真 空干燥5 60分钟；依照同样的方法，在铝箔的另一面也均匀的涂覆桨料， IO(TC真空干燥5 20分钟；由此制得两侧均匀涂覆炭质活性材料的电化学电 容器极片；(3)按照图2和图3的尺寸，分切上述的电化学电容器极片，分别焊接 正极连接片和负极连接片得到电化学电容器正极电极片和负极电极片；(3) 按照隔离膜尺寸的要求分切隔离膜；(4) 将一片电化学电容器正极电极片、 一片电化学电容器负极电极片、 一片多孔隔离膜巻绕在一起得到方形或饼状巻芯；(5) 将正极连接片连接于扣式正极壳盖，将负极连接片连接于扣式负极壳盖；(6) 加入电解液；(7) 封装成扣式电化学电容器。本发明扣式电化学电容器，扣壳直径19 mm，厚度2.0 mm。相比传统的 叠片方式的扣式电化学电容器，内阻从15欧姆降低至200毫欧，额定电流由 3 mA增加到300 mA。以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明 的权利要求限定范围内进行的各种变化均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种扣式电化学电容器，包括扣式正极壳盖(6)和扣式负极壳盖(3)，扣式正极壳盖(6)与扣式负极壳盖(3)密封连接，扣式正极壳盖(6)和扣式负极壳盖(3)内装有正极电极片(8)、负极电极片(2)、多孔隔离膜(4)和电解液；正极电极片(8)由正极活性材料(10)涂覆在正极集流体(9)上制成，负极电极片(2)由负极活性材料(12)涂覆在负极集流体(11)上制成，正极电极片(8)连接于扣式正极壳盖(6)，负极电极片连接于扣式负极壳盖(3)；其特征在于所述的正极电极片(8)、多孔隔离膜(4)和负极电极片(2)依次卷绕在一起组成卷芯。
2、 根据权利要求1所述的扣式电化学电容器，其特征在于所述的巻芯由正极电极片、多孔隔离膜、负极电极片巻绕制成方形或饼状巻芯。
3、 根据权利要求1或2所述的扣式电化学电容器，其特征在于所述的 正极电极片(8)包括正极活性材料(10)、正极集流体和正极连接片(7)， 正极电极片(8)通过正极连接片(7)与正极壳盖(6)相连；所述的负极电 极片(2)包括负极活性材料(12)、负极集流体和负极连接片，负极电极片(2)通过负极连接片(1)与负极壳盖(3)相连。
4、 根据权利要求l所述的扣式电化学电容器，其特征在于 所述的正极电极片(8)是由正极活性材料(10)、导电剂、粘结剂按照如下的重量份混合成正极浆料涂覆在正极集流体(9)上制成 正极活性材料70 95 导电剂 2 10 粘结剂 3 20;所述的负极电极片(2)是由负极活性材料(12)、导电剂、粘结剂按照 如下的重量份混合成负极浆料涂覆在负极集流体(11)上制成 负极活性材料70 95 导电剂 2 10 粘结剂 3 20。
5、 根据权利要求4所述的扣式电化学电容器，其特征在于 (1)正极活性材料 87 92导电剂 3 7 粘结剂 5 10;(2)负极活性材料 87 92 导电剂 23 7 粘结剂 5 10。
6、 根据权利要求4或5所述的扣式电化学电容器，其特征在于 所述的正极活性材料和负极活性材料选用大比表面的炭质活性材料，金属氧化物或导电高分子聚合物中的一种或几种；大比表面的炭质活性材料多孔活性碳、活性碳碳纤维、碳气凝胶、碳 纳米管、玻璃碳；金属氧化物二氧化锰(Mn02)、氧化镍(Ni0x)、 二氧化钌(Ru0》；导电高分子聚合物聚丙胺(PAN)、聚吡咯、聚噻吩；所述的正极电极片和负极电极片的导电剂选用乙炔炭黑，导电碳纤维 或导电石墨中的一种或几种；所述正极电极片和负极电极片的集流体选用铝箔、铝网、铜箔、铜网、 泡沫镍、镍箔或镍网，正极集流体和负极集流体可选择同一种集流体，也可 以选择不同的集流体；所述正极电极片和负极电极片的粘接剂选用聚四氟乙烯(PTFE)、均聚 或共聚偏氟乙烯(PVDF)、改性聚丙烯酸及其酯类、聚乙烯醇、羧甲基纤维素 钠，所述粘接剂既可以是粉末状也可以是乳液状；所述的电容器的电解液用有机体系或无机体系；其中，有机体系的电 解液溶剂选用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙腈、Y-丁内酯或者它们的混合溶 剂，电解液盐可选用四乙基四氟硼酸季铵盐、四乙基四氟硼酸季磷盐、四正 丙基四氟硼酸季磷盐、四乙基六氟磷酸季磷盐、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂， 所述电解液浓度为0. 1 5摩尔/升；无机体系的电解液溶剂为水，电解液盐选用硫酸、硫酸钠、氢氧化钾，所述电解液浓度为1 10摩尔/升。所述的多孔隔离膜选用聚乙烯膜、聚丙烯膜或它们的改性聚合物，或 者选用无纺布或纤维素。
7、 根据权利要求4或5所述的扣式电化学电容器，其特征在于正极活性材料和负极活性材料选用多孔活性炭 85重量份； 正极电极片和负极电极片的导电剂选用乙炔碳黑 5重量份； 正极电极片和负极电极片的粘接剂选用均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体 10重量份；先将10重量份的均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体完全溶解于250重量份的氮 -甲基吡咯烷酮(丽P)中，然后再将85重量份的多孔活性炭、5重量份的乙 炔碳黑与其进行混合、搅拌、分散制成均匀浆料。
8、 一种制造权利要求1 7所述的扣式电化学电容器的方法，其特征在 于包括a. 将电化学电容器正极活性材料、导电剂、粘结剂按照所述的重量份加 入溶剂混合成正极浆料；将电化学电容器负极活性材料、导电剂、粘结剂按 照所述的重量份加入溶剂混合成负极浆料；b. 将步骤a制得的正极桨料和负极浆料分别均匀涂覆于金属集流体上， 得到正极电极片和负极电极片；c. 分切多孔隔离膜；d. 将干燥后的正极电极片、多孔隔离膜和负极电极片依次巻绕得到巻芯；e. 将正极电极片上的正极连接片连接于正极壳盖，将负极电极片上的负 极连接片连接于负极壳盖；f. 加入电解液；g. 封装成扣式电化学电容器。
9、 根据权利要求8所述的制造扣式电化学电容器的方法，其特征在于(1) 按照以下重量份进行原料配比 多孔活性炭 85 ; 乙炔碳黑 5 ;均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体 10;制作方法先将10重量份的均聚偏氟乙烯(PVDF)粉体完全溶解于250 重量份的氮-甲基吡咯烷酮(丽P)中，然后再将85重量份的多孔活性炭、5 重量份的乙炔碳黑与其进行混合、搅拌、分散制成均匀浆料；(2) 按照所制造电化学电容器的电极尺寸的要求采用流延机将其浆料均匀涂覆在金属铝箔表面，涂布尺寸可以通过对流延机的控制来实现，13(TC真 空干燥5 60分钟；依照同样的方法，在铝箔的另一面也均匀的涂覆浆料， IO(TC真空干燥5 20分钟；由此制得两侧均匀涂覆炭质活性材料的电化学电 容器极片；(3)分切上述的电化学电容器极片，分别焊接正极连接片和负极连接片 得到电化学电容器正极电极片和负极电极片；(3) 按照隔离膜尺寸的要求分切隔离膜；(4) 将一片电化学电容器正极电极片、 一片电化学电容器负极电极片、 一片多孔隔离膜巻绕在一起得到方形或饼状巻芯；(5) 将正极连接片连接于扣式正极壳盖，将负极连接片连接于扣式负极冗盖；(6) 加入电解液；(7) 封装成扣式电化学电容器。
全文摘要
本发明公开了一种扣式电化学电容器及其制造方法，包括扣式正极壳盖和扣式负极壳盖，扣式正极壳盖与扣式负极壳盖密封连接，扣式正极壳盖和扣式负极壳盖内装有正极电极片、负极电极片、多孔隔离膜和电解液；正极电极片由正极活性材料涂覆在正极集流体上制成，负极电极片由负极活性材料涂覆在负极集流体上制成，正极电极片连接于扣式正极壳盖，负极电极片连接于扣式负极壳盖；所述的正极电极片、多孔隔离膜和负极电极片依次卷绕在一起组成方形或饼状卷芯。本发明扣式电化学电容器一方面可以明显降低扣式电化学电容器的内阻；另一方面减小电子电导慢造成的极化，提高大电流放电性能，明显改善扣式电容器放电性能。
文档编号H01G9/00GK101165828SQ200710017049
公开日2008年4月23日 申请日期2007年8月29日 优先权日2007年8月29日
发明者吴曲勇, 李青海, 影 高 申请人:李青海;高 影