高频电化学电容器制造技术

一种高频电化学电容器，包括：正电极，负电极，设置于正、负两电极之间的隔离膜，电解液，和以密闭状态容纳所述正、负电极、隔离膜和电解液的壳体，每个电极的集流体的一个长边的边沿整体向外延伸形成该电极的电流引出装置，正电极的电流引出装置和负电极的电流引出装置分别位于电容器的两端面。本电化学电容器在集流体侧面引出电流，保证了整个电容器的电极都与极耳有一个较小的内阻，从而能大大提高电容器的高频特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电化学电容器，该电容器具有较高的容量，主要用于各种能 量转化系统，在电子电路中也有潜在的应用。
技术介绍
电化学电容器是一种在电路中能体现出近似电容器行为的电化学器件，因为 能够储存的能量较传统电容器多很多，故常被称为超级电容器。超级电容器具有 比传统电容器高的能量密度，以及比普通电池更大的功率密度，因此在某些应用 上可以替代传统的电容器和电池的作用。电化学电容器的一个重要应用是在一些对功率密度要求较高的场合，替代电 池或者与电池联用来储存能量。例如在电动汽车或者混合动力汽车中，储存刹车 或者下坡时的能量，提供启动以及上坡时的能量，从而降低车辆运行时功率的波 动幅度，提高能量利用效率。电化学电容器的特点决定了它是一种需要频繁地转化充电、放电状态的器件。 可以近似认为在一种频率不断变化的交流负载下工作。由于负载性质的不同，其 频率变化的范围也不相同。有一些应用，比如用于照相机闪光灯，激光器电源等， 就可能会应用在较高的频率下。从结构上说，电化学电容器由正极、负极、隔离膜、电解液等部分以及外包 装、引线、保护装置等构成。与锂粒子二次电池相比，所用的电极材料不同，但结构上有相似性。按照与电池相似的工艺制造的电化学电容器，如市售的26650 型，直径26mm,长65mm，在直流充放电中，可以达到170F的电容量，在0.1 Hz下，有130F的容量，在20Hz下，只有不足60F的电容，电容随频率升高而 迅速下降，严重地限制了超级电容器的应用。由于电化学电容器电极的特点，以 及电容器制备工艺的限制，造成电容值会随着频率的变化而变化。 一般而言，频 率越高，电容器的电容就越低
技术实现思路
本专利技术的目的是减小电化学电容器的电容随频率增加而降低的幅度，从而提 高其高频应用的性能。对于电化学电容器来说，电容存在于电极材料与电解质的界面。然而，电极 材料是比表面积^f艮大的多孔材料，其电子导电性不佳。电解液也总是有一定的电 阻，由于需要填充进孔的内部，其电阻更大。电极材料需要涂布在集流体上，虽 然集流体的电阻率很低，但为得到较高的实际比电容，集流体材料往往较薄，造 成其电阻亦是不可忽略的。由于上述几个因素，导致电化学电容器具有较大的内 阻，当电容器工作频率较高时，会使一定量的电容不能发挥，表现出随频率的增 加电容下降的特点。因此本专利技术将通过对电极结构设计以及优化工艺参数，合理 地搭配上述几个电阻的来源，从而使较高频率下，电极材料的表面依然能够有效 利用，达到比较高的电容量。理论计算指出，降低电极到引线的电阻是改善高频性能的主要方向，另一个 手段是平衡液相和固相的电阻。集流体往往釆用高导电性的金属箔制造，既能满足电极导电的要求，又能尽 量减少整个器件中非活性材料的重量和体积。为了得到较小的内阻，电极活性材 料不能涂布得太厚，因此集流体的面积依然很大。 一般的集流体展开后为长条形， 再接一条或多条引线在其上。本专利技术提出在集流体侧面引出电流，以减小内阻。 側面引出电流的方式有两种，即正、负极.认同侧引出或,认对側引出。本专利技术采用对侧引出方式， 一方面方便工艺过程，另一方面能有效平衡两级内阻，从而提高 高频性能。本专利技术采用的具体技术方案如下一种电化学电容器，包括正电极，负电极，设置于正、负两电极之间的隔 离膜，电解液，和以密闭状态容納所述正、负电极、隔离膜和电解液的壳体，其 特征是每个电极的集流体的一个长边的边沿整体向外延伸形成该电极的电流引 出装置，正电极的电流引出装直和负电极的电流引出装置分别位于电容器的两端 面。电极的电流引出装置优选为宽度2 8mm,长度与电极的长度相等。 可以将所有正电极的电流引出装置连接为一体形成正极耳，将所有负电极的 电流引出装置连接为一体形成负极耳。也可以另外设置正极耳和负极耳，正极耳 与所有正电极的电流引出装置连接，负极耳与所有负电极的电流引出装置连接， 连接方式可以采用焊接、压接或粘接等。电解液可以采用电解质的水溶液、或有机溶液、或离子液体。 还可通过平衡固相、液相的电阻来进一步提高电化学电容器的高频性能，具体是电化学电容器固相和液相的电阻比设计为0.8-1.2。可以采用调节固相的导 电性、调节粘结剂、以及通过加压调节孔隙率等方法来平衡固相、液相的电阻。 本专利技术优选在电极材料中添加导电添料，调节固相的导电性。本专利技术电化学电容 器的电极是在集流体上涂布含有电极活性材料、粘结剂和导电添料的电极材料， 经烘干、滚压后制得的，其中，导电添料的重量百分含量为2~10%。所述导电 添料优选炭黑、炭纳米纤维、炭纳米管中的至少一种。电极材料可以采用有电化 学反应的赝电容材料、无电化学反应的双电层材料以及这两类材料的组合。对于 氧化物类的赝电容材料，由于其电子导电性比炭材料更低，因此更需要以改善及 平衡导电性方面为目的进行更细致的配方调整。本专利技术还提供了 一种用于制造电化学电容器的电极，包括集流体和涂布于集 流体上的电极材料层，其特征是集流体的一个长边的边沿整体向外延伸出 2-8mm形成电流引出装置。本专利技术还提供了一种提高电化学电容器在较高频率下的容量的方法，其特征 是将每个电极的集流体的一个长边的边沿整体向外延伸形成该电极的电流引出 装置，电流从集流体的整个侧面引出，并使正电极的电流引出装置和负电极的电 流引出装置分别位于电容器的两端面，以平衡正负两级的内阻。与现有技术相比，本专利技术将每个电极的集流体的一个长边的边沿整体向外延 伸形成该电极的电流引出装置。用这种电极做成的层叠式电化学电容器，每一层 正电极的电流引出装置都与正极耳连接，每一层负电极的电流引出装置都与负极 耳连接，从而保证了整个电容器的电极都与极耳有一个较小的内阻，因此能大大 提高电容器的高频特性。对于用这种电极做成的巻绕式电化学电容器，正电极的 每一圏的端部均与正电极连接，负电极的每一圏的端部均与负电极连接， 一方面 保证了整个电容器的电极都与极耳有一个较小的内阻，大大提高了电容器的高频 特性，另一方面由于电流直接从侧面引出，而不是按巻绕路径流出，消除了环形 流动的电流，极大地降低了器件的电感。另外，本专利技术电化学电容器的电极材料中添加了特定比例的导电添料，固相5和液相的电阻比设计为0.8 ~ 1.2，进一步提高了电化学电容器的高频性能。 附图说明图la、 lb为本专利技术用于制造电化学电容器的电极片的结构示意图，其中， 图la为正视图，图lb为侧视图2a、 2b为用图1所示电极片制造巻绕式电化学电容器的巻绕方式示意图； 图3为按图2所示方式巻绕好后的电极的结构示意图； 图4为另一种电化学电容器电极的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。 实施例l: 一种用于制造电化学电容器的电极。参照图la、 lb，本用于制造电化学电容器的电极1包括集流体13和涂布于 集流体13上的电极材料层12,集流体13的一个长边的边沿整体向外延伸出 3-8mm形成电流引出装置11。集流体13采用铝箔，导电添料采用导电炭黑。 一种制造方法1、 把活性炭5 kg、导电炭黑0.2 kg、聚偏氟乙烯(PVDF ) 0.6 kg加入到6 kg N-甲基吡咯烷酮(NMP )中，混合搅拌8小时，制成浆料。其中，PVDF为 粘结剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电容器，包括：正电极，负电极，设置于正、负两电极之间的隔离膜，电解液，和以密闭状态容纳所述正、负电极、隔离膜和电解液的壳体，其特征是：每个电极的集流体的一个长边的边沿整体向外延伸形成该电极的电流引出装置，正电极的电流引出装置和负电极的电流引出装置分别位于电容器的两端面。

【技术特征摘要】
1、一种电化学电容器，包括正电极，负电极，设置于正、负两电极之间的隔离膜，电解液，和以密闭状态容纳所述正、负电极、隔离膜和电解液的壳体，其特征是每个电极的集流体的一个长边的边沿整体向外延伸形成该电极的电流引出装置，正电极的电流引出装置和负电极的电流引出装置分别位于电容器的两端面。2、 如权利要求1所述的电化学电容器，其特征是电极的电流引出装置宽2 ~ 8mm，长度与电极的长度相等。3、 如权利要求1所述的电化学电容器，其特征是所有正电极的电流引出 装置连接为一体形成正极耳，所有负电极的电流引出装置连接为一体形成负极 耳。4、 如权利要求1所述的电化学电容器，其特征是还包括正极耳和负极耳， 正极耳与所有正电极的电流引出装置连接，负极耳与所有负电极的电流引出装置连接。5、 如权利要求1-4任一项所述的电化学电容器，其特征是所述电化学电 容器固相和液相的电阻比为0.8 ~ 1.2。6、 如权利要求1-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鸿达，关志成，康飞宇，李宝华，徐成俊，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]