專利名稱：疊片式高電壓超級電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到一種超級電容器，屬于電化學(xué)雙層超級電容器領(lǐng)域。
技術(shù)背景目前采用疊片工藝技術(shù)制作的超級電容器，主要采用炭炭極性電極和炭、金屬氧化物極性電極如氧化鎳等，無論采用何種極性電極，一般都是由粉末狀材料加工而成，而電解質(zhì)也多為氫氧化鉀水溶液，這種技術(shù)在國內(nèi)外比較成熟、價格較低、已經(jīng)用在工業(yè)產(chǎn)品上。問題是這種電解質(zhì)的工作電壓較低一般在一伏電壓下工作，因為這種電解質(zhì)的電化學(xué)分解電壓理論極限值為1.4伏，超過了這個電壓，整個電容器工作體系就要被破壞。為了獲取較高的工作電壓，就必須將這些單體電壓較低電容器內(nèi)部串聯(lián)形成高電壓。這是國內(nèi)外通常的做法。我們一般希望工作電壓時300或400伏的工作電壓，這樣就必須將數(shù)百個單元串聯(lián)，，每個電容器都有兩個集電極、兩個電極、兩個隔膜加起來上千片不同材料進行組裝，難度很大，電極材料是糊狀的，集電極是金屬狀，隔膜是紙狀，要經(jīng)過高壓力組裝、高溫老化、高強度密封等諸多工序才能完成產(chǎn)品。這里材料的一致性、加工模具得一致性、組裝過程的一致性等等都會產(chǎn)生微小的差異，客觀上形成了問題潛在因素。更為嚴重的是一旦形成了不一致性后將導(dǎo)致正反饋作用，不斷的加大這種不一致性，最后可能某個電容器或某組電容器超過其最高工作電壓而電容器內(nèi)的電解質(zhì)氣化分解，爆裂、電解液溢出等許多問題。
電化學(xué)雙層超級電容器，在高電壓環(huán)境使用時，采用單體內(nèi)串聯(lián)方式可以節(jié)省體積和重量，增大比容量，但是由于上述的原因，采用內(nèi)串聯(lián)實現(xiàn)高額定電壓的超級電容器，其電容器單體在制造過程中會存在容量一致性問題，而使用中常需要大電流充放電，當電容器中各單體容量偏差較大時，在充電時容量最小的電容器將首先達到額定電壓。因此，如果不采取必要的均壓措施，會引起某些電容器內(nèi)部單體上電壓較大而過壓破壞，因此，電容器內(nèi)部各單體之間的均壓措施至關(guān)重要。
目前見諸報道的有關(guān)超級電容器均壓技術(shù)，主要是在電容器單元外附加電路的方式進行的。比如，比較簡單的是在每一個電容器單元旁邊并聯(lián)一個電阻，來控制整個單體的漏電流。這種方法有效地降低了各單體之間相應(yīng)并聯(lián)電阻的變化。但是，采用這種在單體外并聯(lián)均壓電阻的方法，會增大超級電容器體積，并且給器件的制造和封裝帶來了一定困難。另一種方法是電容器單元有源電路平衡法，采用這種方法，當有電壓變化時，即進行互相平衡。這種方法可以降低單體上的任何額外負載，提高工作效率。但這使超級電容器制造成本過高，而且組合電容器體積龐大，推廣和使用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中采用的均壓措施增大超級電容器體積，給封裝和制造工藝帶來一定難度的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，具有高性能、高容量特點的超級電容器。本實用新型采用如下的技術(shù)方案
一種疊片式高電壓超級電容器，由至少兩個電容器單體串聯(lián)疊層構(gòu)成，每個電容器單體包括一對極性電極、設(shè)置在極性電極之間的隔膜和電解質(zhì)溶液，在所述隔膜上設(shè)置有至少一個孔，孔內(nèi)設(shè)置有膜電阻，膜電阻的兩面分別與極性電極相接觸。
極性電極可以是炭質(zhì)極性電極。膜電阻最好為塑料電阻片，其阻值可在20Ω-800Ω之間，厚度在0.05-1mm之間。
組裝后的超級電容器，單體個數(shù)可在2-1000之間。最好采用涂敷有防靜電涂料的耐高壓聚乙烯封裝外殼，封裝外殼的內(nèi)部可填充高強度吸附材料。
本實用新型的疊片式高電壓超級電容器，引入層間膜電阻，以有效克服多單體內(nèi)串聯(lián)高電壓超級電容器的內(nèi)部均壓問題，此種內(nèi)均壓技術(shù)基本上不增大電容器均壓前的體積和重量，并且具有結(jié)構(gòu)簡單，易于制造成高性能、高容量電容器的特點。能夠制成在動力不間斷電源上使用的超級電容器。


圖1本實用新型采用的電絕緣隔膜形狀示意圖。
圖2本實用新型采用的膜電阻形狀示意圖。
圖3本實用新型的超級電容器的等效電路。
圖4本實用新型的超級電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號集電極1、炭質(zhì)活性材料電極(炭質(zhì)極性電極)2、多孔隔膜3、膜電阻4。
具體實施方式
本實用新型所提出的疊片式高電壓超級電容器是一種雙電層電容器，內(nèi)部串聯(lián)的每個單體具有兩個重疊的電極層2，這兩個電極層通過兩層電絕緣隔離膜3分隔開。在兩隔膜3中間打一定大小的孔洞(見附圖1)，在孔洞處鑲嵌阻值在20Ω-800Ω之間的膜電阻4(見附圖2)?？锥纯梢杂胁煌拇笮?、形狀，而且孔洞的數(shù)量也可以為兩個或以上，孔洞的位置最好是在隔膜中央，但也可以是位于其他位置。
本實用新型所采用的膜電阻應(yīng)當是一種如塑料電阻片之類的能夠耐強酸堿腐蝕的膜電阻，置身電化學(xué)液體中間，組裝時需要加10噸以上的外界壓力、因此對抗壓型、材料自身變形都有很高的要求，同時由于炭材料是處于黏糊狀，在壓力下自然形成填補隔膜所刻下的空隙。本實用新型電容器的優(yōu)點是通過在單體內(nèi)部隔膜處設(shè)置一電阻，在多單體內(nèi)串聯(lián)的大電壓超級電容器內(nèi)部，形成一阻容均壓電路，其等效電路示意見附圖3。
由于采用膜電阻鑲嵌在孔洞處，該內(nèi)均壓技術(shù)基本上不增大電容器均壓前的體積和重量。
為防止電解液溢出造成燃燒和短路，本實用新型還采用外封裝用耐高壓聚乙烯材料，并涂敷防靜電涂料。為防止運輸過程中機械沖擊，還可以采用二次封裝結(jié)構(gòu)，即在內(nèi)部樹脂封裝后，留有一定空隙，填充高強度吸附材料吸收泄漏氣體。
本實用新型的疊片式高電壓超級電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見附圖4所示。采用本實用新型，可以制成額定電壓為2V-1000V的超級電容器。
本實用新型采用炭炭極性電極和炭、金屬氧化物極性電極如氧化鎳、氧化釕等。
實施例1以鎳箔為集電極1，以炭質(zhì)活性物質(zhì)為正、負極，即炭質(zhì)極性電極2，100Ω膜電阻4鑲嵌在多孔隔膜3的中央，組裝成額定電壓220V，法拉第容量3.5F的超級電容器。
實施例2以與實施例1相同的方法制備集電極1和炭質(zhì)極性電極2以及多孔隔膜3和膜電阻4等。不同之處在于所用膜電阻4為200Ω，組裝成額定電壓400V，法拉第容量為1.5F。
實施例3以與實施例1相同的方法制備集電極1和炭質(zhì)極性電極2以及多孔隔膜3和膜電阻4等。不同之處在于所用膜電阻4為400Ω，組裝成額定電壓500V，法拉第容量為1.0F。
實施例4以與實施例1相同的方法制備集電極1和炭質(zhì)極性電極2以及多孔隔膜3和膜電阻4等。不同之處在于所用膜電阻4為300Ω，組裝成額定電壓600V，法拉第容量為0.7F。
實施例5以與實施例1相同的方法制備集電極1和炭質(zhì)極性電極2以及多孔隔膜3和膜電阻4等。不同之處在于所用膜電阻4為300Ω，組裝成額定電壓1000V，法拉第容量為0.5F。
實施例6以與實施例1相同的方法制備集電極1和炭質(zhì)極性電極2以及多孔隔膜3和膜電阻4等。不同之處在于所用膜電阻4為700Ω，組裝成額定電壓100V，法拉第容量為5.0F。
權(quán)利要求1.一種疊片式高電壓超級電容器，由至少兩個電容器單體串聯(lián)疊層構(gòu)成，每個電容器單體包括一對極性電極、設(shè)置在極性電極之間的隔膜和電解質(zhì)溶液，其特征在于，在所述隔膜上設(shè)置有至少一個孔，孔內(nèi)設(shè)置有膜電阻，膜電阻的兩面分別與極性電極相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓超級電容器，其特征在于，所述極性電極為炭質(zhì)極性電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓超級電容器，其特征在于，所述膜電阻為塑料電阻片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓超級電容器，其特征在于，所述膜電阻阻值在20Ω-800Ω之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓超級電容器，其特征在于，所述膜電阻的厚度在0.05-1mm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓超級電容器，其特征在于，所述單體個數(shù)在2-1000之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓超級電容器，其特征在于，所述疊片式高電壓超級電容器具有耐高壓聚乙烯封裝外殼，其上涂敷有防靜電涂料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓超級電容器，其特征在于，所述疊片式高電壓超級電容器具有封裝外殼，其內(nèi)填充有高強度吸附材料。
專利摘要本實用新型涉及一種超級電容器。該超級電容器采用內(nèi)部層疊串聯(lián)模式，同時，引入層間膜電阻，以有效克服多單體內(nèi)串聯(lián)高電壓超級電容器的內(nèi)部均壓問題。本實用新型的超級電容器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造成高電壓、大容量，高性能電容器。
文檔編號H01M14/00GK2914283SQ200620026369
公開日2007年6月20日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者楊哲, 郭天瑛, 白昱 申請人:天津艾雷特科技發(fā)展有限公司