本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工、安全可靠的圓柱形大容量電化學(xué)器件單體結(jié)構(gòu)及其自動(dòng)化組裝方法。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，其容量可達(dá)幾千法拉，與傳統(tǒng)電容器相比，它具有較大的容量，較高的能量，較寬的工作溫度和極長(zhǎng)的使用壽命，而與蓄電池相比它有具有較高的比功率，且對(duì)環(huán)境無污染，在包括軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、公交大巴、智能電網(wǎng)等國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)具有廣泛的市場(chǎng)需求，但是由于傳統(tǒng)的超級(jí)電容器在結(jié)構(gòu)上通常采用電極芯兩端焊接集流體，一端集流體與鋁罐外殼通過熱裝配合，另外一端集流體與上蓋配合，上蓋與鋁罐之間通過密封圈密封絕緣，然后封口固定，裝配工序相對(duì)復(fù)雜，很多工序需手工操作，在真空干燥前無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品的一致性較差和產(chǎn)品成本較高的缺點(diǎn)，在很多應(yīng)用領(lǐng)域不能很好的發(fā)揮超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)。并且由于鋁罐也是帶電作為一個(gè)極性，封口后，鋁罐與另外一個(gè)極性上蓋之間距離很近，容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕和短路風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工、安全可靠的圓柱形大容量電化學(xué)器件單體結(jié)構(gòu)及其組裝方法，以解決傳統(tǒng)超級(jí)電容器存在上述的缺點(diǎn)。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種大容量電化學(xué)器件單體結(jié)構(gòu)，包括位于兩端的鋁極柱、鋁罐、位于兩端的蓋板、集流體、電極卷芯；所述電極卷芯兩端面分別連接一個(gè)集流體；兩個(gè)所述集流體分別連接兩端的鋁極柱；其特征在于：所述鋁極柱為階梯柱；

所述蓋板套在鋁極柱上，所述蓋板一側(cè)端面和鋁極柱之間設(shè)置有絕緣圈，所述絕緣圈內(nèi)圈壁和鋁極柱之間設(shè)置有密封圈；所述密封圈通過塑料固定塊抵壓在所述鋁極柱上；所述蓋板內(nèi)圈壁與鋁極柱之間通過絕緣圈和塑料固定塊隔離；所述塑料固定塊上方設(shè)置卡固件進(jìn)行定位。

其進(jìn)一步特征在于：所述鋁極柱一端的圓周面上具有臺(tái)階，所述臺(tái)階插入集流體內(nèi)徑中，使所述鋁極柱的一端圓周面的外徑與集流體的外徑相吻合。

進(jìn)一步的：一端的所述蓋板外圓周插入所述鋁罐內(nèi)徑；另一端的所述蓋板外圓周上具有臺(tái)階，所述臺(tái)階插入所述鋁罐的內(nèi)徑。

外圓周插入所述鋁罐內(nèi)徑的一端蓋板上端面與鋁罐口相平齊；另一端的所述蓋板的外圓周外徑與鋁罐外徑相吻合。

優(yōu)選的：外圓周插入所述鋁罐內(nèi)徑的一端蓋板外圓周直徑和鋁罐內(nèi)徑之差為-0.1~+0.3mm。

上述電極卷芯卷繞的兩個(gè)端面平整，分別焊接一個(gè)集流體，所述集流體焊接面上開有定位孔和導(dǎo)液孔。

上述鋁極柱位于鋁罐外部部分為螺紋結(jié)構(gòu)或非螺紋結(jié)構(gòu)；一端或兩端所述鋁極柱上開有注液孔，注液孔內(nèi)采用膠塞和激光焊接方式密封。

一種基于上述大容量電化學(xué)器件單體結(jié)構(gòu)的大容量電化學(xué)器件單體組裝方法，其特征在于包括下述步驟：

（1）將電極芯材料卷繞成電極芯卷，通過整形壓平，使兩個(gè)端面平整，并分別通過激光焊接一個(gè)集流體；

（2）將兩個(gè)鋁極柱一端圓周面的臺(tái)階分別插入兩個(gè)集流體內(nèi)徑中，使兩個(gè)鋁極柱的外圓周的外徑與兩個(gè)集流體的外徑相吻合，采用激光通過兩個(gè)臺(tái)階與兩個(gè)集流體的兩個(gè)接觸縫沿圓周方向?qū)X極柱和集流體焊接在一起；

（3）在兩個(gè)鋁極柱上依次裝配密封圈、絕緣圈和蓋板，并用塑料固定塊壓緊，卡固件定位；

（4）將步驟（3）中的電極芯卷組合體從一端放入鋁罐，使一端蓋板穿過鋁罐后上端面與鋁罐口相平齊；另一端蓋板外圓周上的臺(tái)階插入鋁罐的內(nèi)徑，使蓋板的外圓周外徑與鋁罐外徑相吻合；

（5）使用激光分別沿蓋板和鋁罐兩者的縫隙將蓋板和鋁罐焊接起來。

優(yōu)選的：所述步驟（4）中，預(yù)先將鋁罐加熱膨脹后再進(jìn)行裝配，其加熱溫度在150~200度之間。

所述步驟（5）中，采用連續(xù)焊，焊接熔深為0.5~1.2mm，光斑重疊率為60~90%。

本發(fā)明的有益效果為，采用該結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的一致性，減少生產(chǎn)成本，更利于各行業(yè)對(duì)超級(jí)電容器的使用。另外，本發(fā)明單體結(jié)構(gòu)，鋁罐和鋁極柱絕緣，鋁罐不帶電，避免了電化學(xué)腐蝕和短路的風(fēng)險(xiǎn)，提高了電化學(xué)器件的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明大容量電化學(xué)器件單體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2、3為正極鋁極柱和負(fù)極鋁極柱組裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為負(fù)極蓋板與鋁罐圓周焊接效果放大圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示一種大容量電化學(xué)器件單體結(jié)構(gòu)，包括正極鋁極柱2、鋁罐9、正極蓋板1、正極集流體7、電極卷芯8和負(fù)極集流體7a和負(fù)極蓋板1a和負(fù)極鋁極柱2a。電極卷芯8兩端面分別連接正極集流體7和負(fù)極集流體7a。正極集流體7和負(fù)極集流體7a分別連接正極鋁極柱2和負(fù)極鋁極柱2a。

如圖2所示，正極鋁極柱2和負(fù)極鋁極柱2a為階梯柱。正極蓋板1套在正極鋁極柱2上，正極蓋板1下端面和正極鋁極柱2之間設(shè)置有絕緣圈5，絕緣圈5內(nèi)圈壁和正極鋁極柱2之間設(shè)置有密封圈6；絕緣圈5上方抵壓有塑料固定塊4；正極蓋板1內(nèi)圈壁與正極鋁極柱2之間通過絕緣圈5和塑料固定塊4隔離；塑料固定塊4上方設(shè)置有卡簧3定位。如圖3所示，同樣結(jié)構(gòu)的，負(fù)極蓋板1a套在負(fù)極鋁極柱2a上，負(fù)極蓋板1a上端面和負(fù)極鋁極柱2a之間設(shè)置有絕緣圈5，絕緣圈5內(nèi)圈壁和負(fù)極鋁極柱2a之間設(shè)置有密封圈6；絕緣圈5下方抵壓有塑料固定塊4；負(fù)極蓋板1a內(nèi)圈壁與負(fù)極鋁極柱2a之間通過絕緣圈5和塑料固定塊4隔離；塑料固定塊4下方設(shè)置有卡簧3定位。

為了安裝的可靠性，正極鋁極柱2下部圓周面上具有臺(tái)階，該臺(tái)階插入正極集流體7內(nèi)徑中，使正極鋁極柱2的下部圓周面的外徑與正極集流體7的外徑相吻合。同樣的，負(fù)極鋁極柱2a上部圓周面上具有臺(tái)階，該臺(tái)階插入負(fù)極集流體7a內(nèi)徑中，使負(fù)極鋁極柱2a的上部圓周面的外徑與負(fù)極集流體7a的外徑相吻合。

如圖1所示，鋁罐9外徑在50~100mm，高度30~200mm，壁厚在0.5~1.2mm，呈直筒結(jié)構(gòu)，并帶有防爆槽10。為了便于安裝，正極蓋板1外圓周直徑和鋁罐9內(nèi)徑之差為-0.1~+0.3mm，即正極蓋板1外徑與鋁罐9的內(nèi)徑之間的配合可以是過盈配合或者間隙配合。正極蓋板1外圓周可以插入所述鋁罐9內(nèi)徑。如圖1、4所示，負(fù)極蓋板1a外圓周上具有臺(tái)階，該臺(tái)階插入鋁罐9的內(nèi)徑。正極蓋板1上端面與鋁罐9口相平齊；負(fù)極蓋板1a的外圓周外徑與鋁罐9外徑相吻合。

電極卷芯8卷繞的兩個(gè)端面平整，分別焊接正極集流體7和負(fù)極集流體7a，正極集流體7和負(fù)極集流體7a焊接面上開有定位孔和導(dǎo)液孔。

正極鋁極柱2和負(fù)極鋁極柱2a位于鋁罐外部部分可以為螺紋結(jié)構(gòu)或非螺紋結(jié)構(gòu)；正極鋁極柱2和或負(fù)極鋁極柱2a上開有注液孔11，注液孔11內(nèi)采用膠塞和激光焊接方式密封。

一種基于上述大容量電化學(xué)器件單體結(jié)構(gòu)的大容量電化學(xué)器件單體組裝方法，包括下述步驟：

（1）將電極芯材料卷繞成電極芯卷8，通過整形壓平，使兩個(gè)端面平整，并分別通過激光焊接正極集流體7和負(fù)極集流體7a。

（2）將正極鋁極柱2下部圓周面的臺(tái)階和負(fù)極鋁極柱2a的上部圓周面臺(tái)階分別插入正極集流體7內(nèi)徑和負(fù)極集流體7a的內(nèi)徑中，使兩個(gè)鋁極柱的外圓周的外徑與兩個(gè)集流體的外徑相吻合，采用激光通過兩個(gè)臺(tái)階與兩個(gè)集流體的兩個(gè)接觸縫沿圓周方向?qū)X極柱和集流體焊接在一起。

（3）在正極鋁極柱2上依次裝配密封圈6、絕緣圈5和正極蓋板1，并用塑料固定塊4壓緊，卡簧3定位；在負(fù)極鋁極柱2a上依次裝配密封圈6、絕緣圈5和負(fù)極蓋板1a，并用塑料固定塊4壓緊，卡簧3定位。

（4）將步驟（3）中的電極芯卷8組合體從正極鋁極柱2一端放入鋁罐9，使正極蓋板1穿過鋁罐9后上端面與鋁罐9口相平齊；負(fù)極蓋板1a外圓周上的臺(tái)階插入鋁罐9的內(nèi)徑，負(fù)極蓋板1a的外圓周外徑與鋁罐9外徑相吻合；在裝配前預(yù)先將鋁罐9加熱膨脹后再進(jìn)行裝配，其加熱溫度在150~200之間。

（5）使用激光連續(xù)焊分別沿正極蓋板1和鋁罐9兩者的縫隙、負(fù)極蓋板1a和鋁罐9兩者的縫隙12（如圖4所示），將正極蓋,1、負(fù)極蓋板1a和鋁罐9焊接起來。焊接熔深為0.5~1.2mm，光斑重疊率為60~90%。

其中步驟（3）中的卡簧也可以采用鉚接形式替代，即對(duì)鋁極柱施壓，使鋁極柱產(chǎn)生變形對(duì)密封圈、絕緣圈和蓋板和塑料固定塊進(jìn)行定位。

采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的一致性，減少生產(chǎn)成本，更利于各行業(yè)對(duì)超級(jí)電容器的使用。