一种超级电容器电极芯及超级电容器制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电容器电极芯，特别是一种超级电容器电极芯，本发明还涉及一种超级电容器制作方法，属于电容器制作领域。
【背景技术】
[0002]超级电容器是近年来发展起来的一种新型的储能装置，具有功率密度高、寿命长、使用温度宽及充电迅速等优异特性，它能在很小的体积下达到法拉级的电容量，无须特别的充电电路和控制放电电路，和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响，因而在各类智能设备、电动汽车、风力发电等领域应用广泛。但是，一般采用卷绕电极芯制成的超级电容器，由于电极层、集流体、隔膜之间的间隔设计不合理，在后期注入电解液成为超级电容器后，可能会出现电气绝缘不好、两个电层彼此接触短路或电容量不足的情况。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种卷绕间隙合理超级电容器电极芯，具体技术方案如下:
一种超级电容器电极芯，从内向外依次由第一活性材料层、第一集流体、第二活性材料层、第一隔膜、第三活性材料层、第二集流体、第四活性材料层、第二隔膜卷绕而成，所述第一集流体、第二集流体、第一隔膜、第二隔膜的上下两端间的宽度为LI，第一活性材料层、第二活性材料层、第三活性材料层和第四活性材料层的上下两端间的宽度为L2且位置相互对应，LI与L2之间的几何关系为:L1 > L2，所述第一活性材料层和第二活性材料层设置在第一集流体的两侧表面上且下端与第一集流体下端平齐，所述第三活性材料层和第四活性材料层设置在第二集流体两侧表面上且上端与第二集流体上端平齐，所述第一集流体和第二集流体在竖直方向上互相错开，错开距离为A，A与L1、L2之间的几何关系为:A=L1-L2，第一隔膜与第二隔膜的位置相互对应，所述第一集流体与第一隔膜在竖直方向上互相错开，错开距离为B，第二集流体与第二隔膜在竖直方向上也互相错开，错开距离为B，A与B之间的几何关系为:A > B。
[0004]作为上述技术方案的改进，所述第一集流体和第二集流体为未经处理的铝箔或经过腐蚀处理的铝箔。
[0005]作为上述技术方案的改进，所述经过腐蚀处理的铝箔两侧涂覆有导电胶。
[0006]作为上述技术方案的改进，所述第一隔膜和第二隔膜为纤维素隔膜、玻璃纤维隔膜、热塑性树脂和纸浆纤维制成的隔膜、聚四氟乙烯隔膜、聚酰亚胺隔膜、含有T12的聚酰亚胺隔膜或芳香族聚酰亚胺纤维和纤维素混合物隔膜、多孔聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜中的任意一种。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述第一活性材料层、第一集流体、第二活性材料层、第一隔膜、第三活性材料层、第二集流体、第四活性材料层、第二隔膜围绕卷棒卷绕而成。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述卷棒为圆形棒或轴片，所述圆形棒上设置有贯穿棒体上下表面的转轴孔，所述轴片为“回”字形中空结构。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述卷棒材质为聚碳酸酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。
[0010]上述技术方案提供了一种合理布置电容器内活性材料层、集流体和隔膜的超级电容器电极芯，通过将集流体之间错开一定距离，保证集流体之间的焊接区域相互无影响，通过将集流体与隔膜错开一定距离，保证不同集流体上的活性材料层之间完全隔开，避免两者直接接触造成电容器短路，具有有益的技术效果和显著的实用价值。
[0011]本发明还提供了一种应用上述超级电容器电极芯的超级电容器制作方法，具体技术方案如下:
一种超级电容器电极芯的超级电容器制作方法，包括如下步骤，
(1)电极涂覆:在第一集流体和第二集流体两侧涂覆导电胶，将活性材料、导电材料和粘结剂溶液组成的混合物，涂覆在第一集流体和第二集流体两侧面的相应位置，并在第一集流体和第二集流体预留出宽度为A的第一留空区和第二留空区，完成极片电极的涂覆；
(2)极片制备:对极片进行冷轧后，将极片放入真空干燥烘箱，抽出空气，维持真空度在20pa以下，注入氮气，气压恢复到一个大气压，升温至130°C _140°C下保温8h_12h，分切极片和隔膜；
(3)极片卷绕:将两卷极片与第一隔膜和第二隔膜间隔设置，通过卷绕机卷制电极芯；
(4)组件安装:将电容器的引出端子分别与第一集流体的第一留空区和第二集流体的第二留空区焊接，焊接后装入电容器壳体内，抽出壳体内的气体并向壳体内注入电解液，静置8h-12h后对电容器进行补液，将电容器进行密封。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述电极涂覆步骤中，所述混合物的重量百分比为:活性材料为90%?95%、导电材料为2.5%?8%、粘结剂溶液为1%?3%，活性材料选用活性炭、碳气凝胶、石墨烯、碳纳米管中的任意一种，导电材料选用琴黑、乙炔黑、石墨其中的一种或多种混合而成，粘结剂溶液为聚四氟乙烯的水悬浮液或聚四氟乙烯的乙醇悬浮液。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述极片卷绕步骤中，电极芯通过将卷绕机转轴插入圆形棒上的转轴孔进行卷绕；或通过卷绕机固定轴片，极片围绕轴片进行卷绕，卷绕完成后松开轴片；或直接使用卷绕机转轴将两卷极片与第一隔膜和第二隔膜进行卷绕，卷绕完成后将转轴抽出。
[0014]上述技术方案提供了一种电容器制作方法，该方法首先在在铝箔上涂覆活性材料，然后制备出极片，将极片与隔膜间隔设置，使用卷绕机进行卷绕，而后对各组件进行组装，完成电容器制作，该方法制作的电容器电极芯一方面能保证活性材料层之间良好的绝缘效果，另一方面可以实现电极芯内各区域能均匀填充电解液，有益效果明显。
【附图说明】
[0015]图1为本发明一种超级电容器电极芯的实施例一的结构示意图；
图2为本发明一种超级电容器电极芯的实施例二的结构示意图；
图3为本发明一种超级电容器电极芯的实施例三的结构示意图；
图4为本发明一种超级电容器电极芯各卷绕层的结构示意图；
图5为采用本发明超级电容器制作方法制作的电容器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]实施例一
如图1所示，该超级电容器电极芯从内向外依次由第一活性材料层10、第一集流体20、第二活性材料层11、第一隔膜30、第三活性材料层12、第二集流体21、第四活性材料层13、第二隔膜31卷绕而成，如图4所示，第一集流体20、第二集流体21、第一隔膜30、第二隔膜31的上下两端间的宽度为LI，第一活性材料层10、第二活性材料层11、第三活性材料层12和第四活性材料层13的上下两端间的宽度为L2且位置相互对应，LI与L2之间的几何关系为:L1 > L2，这是为了在集流体上预留处焊接区域，第一活性材料层10和第二活性材料层11设置在第一集流体20的两侧表面上且下端与第一集流体20下端平齐，第三活性材料层12和第四活性材料层13设置在第二集流体21两侧表面上且上端与第二集流体21上端平齐，所述第一集流体20和第二集流体21在竖直方向上互相错开，错开距离为A，A与L1、L2之间的几何关系为:A=L1-L2，集流体间错开设置是为了保证每个集流体上预留的焊接区域相互独立，不产生影响，第一隔膜30与第二隔膜31的位置相互对应，所述第一集流体20与第一隔膜30在竖直方向上互相错开，错开距离为B，第二集流体21与第二隔膜31在竖直方向上也互相错开，错开距离为B，A与B之间的几何关系为:A > B，将集流体与隔膜错开设置，能够保证电极芯卷绕后集流体之间完全分隔。第一活性材料层10、第一集流体20、第二活性材料层11、第一隔膜30、第三活性材料层12、第二集流体21、第四活性材料层13、第二隔膜31围绕圆形棒40卷绕而成。圆形棒40上设置有贯穿棒体上下表面的转轴孔50，使用时，将卷绕机的转轴以卡接的方式插入转轴孔50，在转轴的带动下即可实现电极芯的卷绕。
[0017]实施例二
如图2所示，实施例二与实施例一的区别在于，第一活性材料层10、第一集流体20、第二活性材料层11、第一隔膜30、第三活性材料层12、第二集流体21、第四活性材料层13、第二隔膜31围绕轴片41卷绕而成，轴片41和圆形棒40的作用相同，都是作为卷棒协助电极芯有组织卷绕，且材质均可以采用热塑性塑料制成，如:聚碳酸酯或者聚对苯二甲酸丁二醇酯。轴片41为“回”字形中空结构，这种结构有利于电极芯内圈充分浸满电解液。
[0018]实施例三
如图3所示，实施例三与上述实施例的区别在于，第一活性材料层10、第一集流体20、第二活性材料层11、第一隔膜30、第三活性材料层12、第二集流体21、第四活性材料层13、第二隔膜31直接在卷绕机转轴的带动下进行电极芯卷绕，卷绕完成后抽出转轴，这种电极芯中间由于没有卷棒约束，电极芯内圈张力较松，保证电极芯内圈间隙足够。
[0019]在上述实施例中，因为铝箔的导电效果和抗腐