一种紧凑型框架式低内阻超级电容器模组的制作方法

本实用新型属于储能技术领域，具体涉及一种紧凑型框架式低内阻超级电容器模组。

背景技术：

超级电容器主要由活化电极、金属集电极、电解质、隔离膜、端板、引线和封装材料几部分组成；作为一种储能元件，超级电容器寿命长，可以反复充放电几十至上百万次，充电快10s-15min即可充满，快充放电无损；高储能量，具有高达几十万法拉超大电容量。

从现有的超级电容器产品来看，无论是单体或模组，相对于储能元件中的其他类型如蓄电池等，其能量密度还是偏低，仅为铅酸蓄电池的10％，一般为 5Wh-10Wh/kg。超级电容器单体电压低，一般仅为2.7V，需要经大量串联组合后形成高压模组，由于外壳封装造成的体积浪费使得高压超级电容器模组的整体储能密度更是大幅下降。

在提高超级电容器储能体积比方向，一般是将多个2.7V单体在外部接线串联后整体封装，串联方式简单，但体积大、能量体积比低。图1所示为现有的单个2.7V超级电容器单体外形，图2所示为单个单体外壳的俯视尺寸，其中边长 a为58，厚度b为4，单位为mm，图3为内部极片为层叠布置结构组成的电容器芯子示意图。图4所示为由18个单体串联组成6行3列的48V模组俯视尺寸，其中长度L为348，宽度W为174，单位为mm。以一个2.7V，3000F的电容器单体为例，其单体的外壳厚度一般为4mm，材料一般为铝合金，单体的长宽高一般为58mm*58mm*170mm，由这样尺寸的18个单体外部连接后串联而成模组的尺寸为(58*6)mm*(58*3)mm*170mm。图5为多个单体外部连接形成模组的例图。

另外，目前采用的主要为活性碳电极，由于材料本身性质，其等效内阻相对电解电容器而言仍然较高。

技术实现要素：

针对背景技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种紧凑型框架式低内阻高储能体积密度超级电容器模组，通过减小单体的外壳封装，可将同电压同容量的超级电容器模组储能体积比提高10％，同时在活性碳电极中添加一定比例的石墨烯，进一步降低超级电容器单体的内阻。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种紧凑型框架式低内阻超级电容器模组，其特征在于：模组内部为框架式结构，按所需电容器个数做好一次整体成型的分格壳体；每个格子之间采用与超级电容器单体外壁相同厚度的铝合金材料作为分隔的格子墙壁，每个格子里放置一个超级电容器芯子；超级电容器芯子的活性碳电极采用石墨烯粉末取代石墨作为导电剂。

进一步地，模组整体的顶盖为一整张端盖板，在此端盖板上对每个格子相应的定位设置电极引出接头。

进一步地，壳体与模组顶盖之间布置弹性高分子聚合物作为垫片密封圈。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的设计取消了多个串并联电容器单元的一部分外壳，以共用外壳替代相邻之间单元的两个相邻壳壁，从而减少了浪费体积。此外，还在活性碳电极方面进行了改进，增加石墨烯粉末取代石墨作为导电剂，以降低内阻。

附图说明

图1为现有技术的单个2.7V超级电容器单体外形。

图2为现有技术的单个单体外壳的俯视尺寸。

图3为现有技术的电极片层叠布置结构的超级电容器芯子。

图4为现有技术的由18个单体外部串联组成的48V模组俯视尺寸。

图5为现有技术的外部单体串联组织的48V模组产品例图。

图6为本实用新型涉及紧凑型框架式超级电容器模组外壳的示意图。

图7为本实用新型紧凑型框架式模组整体示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的超级电容器模组，采用框架式的结构实现各个电容器单体的内部串联，并且在超级电容器的活性碳电极中添加一定比例的石墨烯取代石墨作为导电剂。在保持超级电容器模组工作电压及容量的同时，降低模组的整体体积，从而提高模组的储能体积比。

具体包括两个方面：模组内部为框架式结构，按所需电容器个数做好一次整体成型的分格壳体；电容器活性碳电极采用石墨烯粉末取代石墨作为导电剂。

如图6所示，采用铝合金材料开具图示的模具，铸造一次成型的框架式外壳，以一个48V(18个单体串联)的超级电容器为例，此壳体为一个整体，长度L 为328，宽度W为166，单位为mm，内部分为18个格子，格子之间采用4mm 的铝合金材料作为分隔的格子墙壁。每个格子内放入一个电容器芯子。相比图4 所示，本实用新型的设计从长度方向减少了5个外壳厚度即4mm*5，从宽度方向减少了2个外壳厚度即4mm*2，整体俯视面积由原348mm*174mm减小为 328mm*166mm，减小后的面积为原面积的89％。

如图7所示，48V紧凑型模组与原单体直接外部串联形成的模组相比，整体的高度保持不变。模组整体的顶盖为一整张端盖板，在此端盖板上对每个格子相应的定位设置电极引出接头。在容量及电压不变的情况下，模组的储能体积比提高了10％。同单个单体的封装一样，此外壳与模组顶盖之间需要布置复合橡胶等弹性高分子聚合物作为垫片密封圈。

在超级电容器芯子的活性碳电极中，按照活性碳物质2％～5％的质量比添加石墨烯用作导电剂，经试验证明能有效减小超级电容器单体的内阻。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。