全文摘要
高可靠内串式圆柱超级电容器，包括电芯、极柱和周边封装结构。电芯由电极片、橡胶圆环片和隔膜堆叠而成，电极片包括镍网和冲压在镍网上下表面的活性物质层。通过控制电极片质量、厚度和压实密度来控制电极片的一致性。电极片外围套有橡胶圆环片，橡胶圆环片在保护极片的同时，可以使隔膜的直径显著大于电极片，确保电极片之间的有效绝缘。电芯外围浇筑有密封树脂，可以减少振动对电芯的损害，同时密封树脂良好的隔热性能可以减小环境温度对电容器的影响。电容器封装钢壳上设计有两个安全阀，能在压力超限时释放电容器内部压力。本实用新型在电极片牢固性、极片间电绝缘性、电容器防震、隔热、安全防护等方面均具有突出的性能。
主设计要求
1.高可靠内串式圆柱超级电容器，包括电芯（1），其特征在于电芯（1）由电极片（4）、套在电极片外围的橡胶圆环片（8）和隔膜（7）堆叠而成，相邻两个电极片（4）之间有一隔膜（7），电极片（4）和隔膜（7）内都浸渍有水系电解液，电芯（1）密封于封装钢壳（2）和封装钢板（3）所围成的圆柱体内部。
设计方案
1.高可靠内串式圆柱超级电容器，包括电芯（1），其特征在于电芯（1）由电极片（4）、套在电极片外围的橡胶圆环片（8）和隔膜（7）堆叠而成，相邻两个电极片（4）之间有一隔膜（7），电极片（4）和隔膜（7）内都浸渍有水系电解液，电芯（1）密封于封装钢壳（2）和封装钢板（3）所围成的圆柱体内部。
2.根据权利要求1所述的高可靠内串式圆柱超级电容器，其特征在于电极片（4）包括镍网（5）和冲压于镍网（5）上下表面的活性物质层（6），每个电极片（4）的质量和电阻均相等。
3.根据权利要求1所述的高可靠内串式圆柱超级电容器，其特征在于橡胶圆环片（8）内径等于电极片（4）直径，厚度与电极片（4）厚度相等。
4.根据权利要求1所述的高可靠内串式圆柱超级电容器，其特征在于隔膜为（7）超级电容器水系电解液专用隔膜，隔膜（7）直径等于橡胶圆环片（8）外径。
5.根据权利要求1所述的高可靠内串式圆柱超级电容器，其特征在于电芯（1）两端各有一块集电钢板（10），集电钢板（10）中心焊接有极柱（11）。
6.根据权利要求1或5所述的高可靠内串式圆柱超级电容器，其特征在于封装钢板（3）和集电钢板（10）之间有一块绝缘树脂板（12），绝缘树脂板（12）直径与封装钢板（3）相同。
7.根据权利要求1或5所述的高可靠内串式圆柱超级电容器，其特征在于电芯（1）、集电钢板（10）和封装钢壳（2）所围成的空间内浇筑有密封树脂（9）。
8.根据权利要求1所述的高可靠内串式圆柱超级电容器，其特征在于封装钢壳（2）上具有两个安全阀（14）。
9.根据权利要求1所述的高可靠内串式圆柱超级电容器，其特征在于封装钢板（3）中心孔洞内嵌套有密封垫圈（13）。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及超级电容器制造技术领域，具体而言，特指高可靠内串式圆柱超级电容器。
背景技术
高压大容量超级电容器因为使用电压高、容量大、功率密度大、循环寿命长、环境污染小等优点而广泛应用于大功率存储、运输、启动、军事等领域。内串式圆柱超级电容器由于结构紧凑，不需要外加周边辅助部件而备受瞩目。
由于电解液分解电压的限制，水系超级电容器单体的额定电压都在1.2V以内，内串式圆柱超级电容器实现高压的方式是直接将多个电极片堆叠起来。由于不同电极片容量和内阻的差异，容易导致个别电极片因为承载电压过高，使电解液分解。通常隔膜的直径等于或者略宽于电极片的直径，在电芯堆叠过程中，隔膜很小的偏移就容易导致相邻电极片因相互接触而短路。同时，电容器受环境温度影响大，高温或者低温都容易使电容器的性能恶化。另外，电芯体积大和重量都较大，外部振动容易造成电芯移位，从而对电容器造成损害。
发明内容
本实用新型正是为解决上述问题而提出的高可靠内串式圆柱超级电容器，可以提高电容器电极片的一致性，并能确保电容器电极片之间有效绝缘，还可以使环境温度对电容器性能的影响大大降低，使用的安全性也大大提高。
本实用新型的技术方案是：高可靠内串式圆柱超级电容器，包括电芯，其特征在于电芯由电极片、套在电极片外围的橡胶圆环片和隔膜堆叠而成，相邻两个电极片之间有一隔膜，电极片和隔膜内都浸渍有水系电解液，电芯密封于封装钢壳和封装钢板所围成的圆柱体内部。
此结构中，电极片包括镍网和冲压于镍网上下表面的活性物质层，每个电极片的质量和电阻均相等。
此结构中，橡胶圆环片内径等于电极片直径，厚度与电极片厚度相等。
此结构中，隔膜为超级电容器水系电解液专用隔膜，隔膜直径等于橡胶圆环片外径。
此结构中，电芯两端各有一块集电钢板，集电钢板中心焊接有极柱。
此结构中，封装钢板和集电钢板之间有一块绝缘树脂板，绝缘树脂板直径与封装钢板相同。
此结构中，电芯、集电钢板和封装钢壳所围成的空间内浇筑有密封树脂。
此结构中，封装钢壳上具有两个安全阀。
此结构中，封装钢板中心孔洞内嵌套有密封垫圈。
本实用新型的优点效果在于：电极活性物质层冲压在镍网上，镍网除了作为集电极减小电极内阻外，还作为活性物质层的附着体，这种方式制作的电极片附着力远比涂布方式制备的极片的附着力强，电极片不容易掉粉，使用寿命更长。
电容器电极片通常采用涂布方式制作，然后再裁剪成需要的尺寸。这种方式的显著缺点是由于涂布和辊压过程的不均匀性，必然导致电极片密度不均匀，从而造成不同电极片质量存在差异，导致容量存在差异，使不同电极片的电压承载能力不同，容量小的电极片将先达到电解液分解电压。本实用新型采用特殊的方法制作电极片，严格控制每个电极片的质量和内阻，使每个电极片具有相同的质量和内阻。
本实用新型每个电极片的外围套有橡胶圆环片，并设计隔膜直径等于橡胶圆环片的外径，使隔膜直径显著大于电极片直径，以确保电极片之间有效绝缘。另外，橡胶圆环片可以有效保护电极片和隔膜，使其在后续浇筑密封树脂时不被损坏。
通过在电芯外围浇筑密封树脂，可以有效隔绝电芯与外界的热量传递，从而减小环境温度对电容器的影响，提高电容器的可靠性。另外，密封树脂还可以牢固地将电芯固定在封装钢壳内部，减小外部振动对电芯的损害。
电容器封装钢壳上设计有两个安全阀，可以在因意外导致电容器内部压力超限时，释放电容器内部压力，提高电容器使用的安全性。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图。
图2为本实用新型电极片结构示意图。
图3为本实用新型部分电芯结构示意图
附图中：1-电芯；2-封装钢壳；3-封装钢板；4-电极片；5-镍网；6-活性物质层；7-隔膜；8-橡胶圆环片；9-密封树脂；10-集电钢板；11-极柱；12-绝缘树脂板；13-密封垫圈；14-安全阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
内串式圆柱超级电容器的电极片通常采用涂布方式制成，然后再裁切成所需要的尺寸。与常规方法不同，为了严格控制电极片的一致性，本实用新型所述电极片4采取逐个冲压的方式制作。
作为电极片4的骨架，镍网5由大尺寸镍网冲制而成，其直径等于电极片4直径。
活性物质层6通过将活性物质混合料冲压于镍网5的上下表面制作。具体制备方法是称取一定质量的事先配置好的活性物质混合料，利用冲压模具将其冲压到镍网5的上下表面，电极片4结构如图2所示。除了主体材料活性炭外，为了提高粘结效果，活性物质混合料中加入一定比例的粘结剂，同时为了降低电极内阻，混合料中还加入一定比例的导电剂。为了使每个电极片4的容量相等，每个电极片4使用的混合料质量相等。电极片4冲压时，先进行预压，以提高电极片4的厚度均匀性，后续接着采用高压冲压，并严格控制压力，精密监控不同部位的厚度，提高电极片4的压实密度均匀性。
电极片4组装前先放入电解液进行真空浸泡，然后在每个电极片4外围套上橡胶圆环片8，橡胶圆环片8的内径等于电极片4直径，厚度与电极片4厚度相等。橡胶圆环片8可以有效地保护电极片4。
组装电芯1时，相邻两个电极片4之间放入一隔膜7，装配方式如图3所示。所述隔膜7为超级电容器无机电解液专用隔膜，隔膜7直径等于电极片4外围橡胶圆环片7的外径。堆叠过程中要求相邻电极片4严格对齐，而且隔膜7完全不外露。由于隔膜7直径等于橡胶圆环片8的外径，因此隔膜7直径显著大于电极片4直径，可以有效防止电极片4之间因互相接触而短路。
将封装钢壳2沿高度方向竖直固定，从下往上依次装配封装钢板3，密封垫圈13、绝缘树脂板12和焊接有极柱11的集电钢板10。密封垫圈13的作用是提高电容器密封性的同时，确保极柱11与封装钢板3电绝缘。绝缘树脂板12的作用是作为封装钢板3与集电钢板10之间的电绝缘物体。极柱11作为电容器的电荷引出端。集电钢板10的作用是增大极柱11与电芯1的电接触面积，有利于大电流工况下的电荷传输。
将电芯1装入封装钢壳2，再在电芯1上表面装配焊接有极柱11的集电钢板10，然后从集电钢板10周围的空隙往下灌注熔融的密封树脂9，密封树脂9将流入并填满集电钢板10、电芯1和封装钢壳2所围成的空间。密封树脂9不仅可以将电芯1牢固地固定在封装钢壳2内，减小外部振动对电芯1的损害，而且由于密封树脂9的良好隔热性，电芯1受环境温度的影响将大大减小，提高了电容器的可靠性。
密封树脂9浇筑完成后，依次装配绝缘树脂板12、封装钢板3和密封垫圈13，最后将电容器两端的封装钢板3与电容器外围封装钢壳2进行无缝焊接。
封装钢壳2上面设计有两个安全阀14，其作用在于当电容器内部压力过大时，能通过安全阀14释放内部压力。
实施例1
活性物质混合料的组成为活性炭、炭黑和聚四氟乙烯质量百分含量分别为75%、20%和5%，电极片4数量为156片，电极片4直径为210mm，厚度为1.6mm，隔膜7直径为220mm，组装成额定电压为140V，容量为3.45F超级电容器。
实施例2
活性物质混合料的组成为活性炭、炭黑和聚四氟乙烯质量百分含量分别为85%、12%和3%，电极片4数量为60片，电极片4直径为210mm，厚度为1.2mm。隔膜7直径为220mm，组装成额定电压为54V，容量为7.60F超级电容器。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920000196.2
申请日:2019-01-01
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:36(江西)
授权编号:CN209388893U
授权时间:20190913
主分类号:H01G 11/68
专利分类号:H01G11/68;H01G11/52;H01G11/78;H01G11/82;H01G11/14;H01G11/28
范畴分类:38B;
申请人:江西财经大学
第一申请人:江西财经大学
申请人地址:330013 江西省南昌市经开区双港东大街169号
发明人:邓梅根
第一发明人:邓梅根
当前权利人:江西财经大学
代理人:代理机构:代理机构编号:优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：超级电容器论文;