一种叠片式高电压混合电化学电容器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种叠片式高电压混合电化学电容器，包括壳体、正极引出端、多块双极性极板和负极引出端，所述多块双极性极板位于所述正极引出端与所述负极引出端之间，所述多块双极性极板的相邻极板之间有隔板，所述多块双极性极板位于电解液中，其特征在于，所述双极性极板为铅板或者铅合金板，所述铅板或者铅合金板光滑的一面涂布碳粉作为负电极，所述铅板或者铅合金板粗糙的一面上有二氧化铅层作为正电极，所述铅板或者铅合金板自身构成相邻两个电容器的隔离体。本实用新型专利技术由于极板采用双极性设计，最大限度地降低了电容器之间串联连接电阻，功率密度高，同时能量密度也得到显著的提高；由于正极采用形成式电极，使得正负极循环寿命得到非常好的匹配，电容器使用寿命长，因此具有非常好的应用前景。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电化学储能器件，尤其是一种叠片式高电压混合电化学电容器。
技术介绍
随着经济的不断发展，能源、资源与环境等成为社会的焦点问题，寻找清洁、可再 生及资源节约型的能源是人类社会十分迫切而非常艰巨的任务。目前，在能源领域主要有三种类型的储能器件电池、物理电容器以及电化学电容 器(也称超级电容器)。电化学电容器是近些年来发展起来的介于传统物理电容器和电池 特性之间的一种新型绿色储能器件，具有快速充放电特性，功率密度大(为普通电池的几十 倍以上)，循环寿命长(循环次数可达10万次以上)，使用温度范围宽(在-40°c 75°C之 间)。基于这些独特性能，电化学电容器有非常好的应用前景。根据储能机理的不同，电化学电容器可分为双电层电容器和法拉第准电容器两大 类。双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通 常采用具有高比表面积的多孔炭材料。法拉第准电容电容器是指在电极表面或体相中的二 维或准二维空间上，电极活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附/脱附 或氧化/还原反应，从而产生比双电层电容器更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化 物和导电聚合物。为了同时获得较高的能量密度和功率密度，近年来发展起来一种新型非对称型电 化学电容器(也称混合电化学电容器)，即电容器的一极是双电层电极，另一极为法拉第准 电容电极。非对称型电化学超级电容器综合了两类电化学电容器的优点，可更好地满足实 际应用中负载对电源系统的能量密度和功率密度的整体要求。在各类金属氧化物/碳非对称型电化学电容器中，PbO2 /C体系，由于材料价格 低及1 电极制造技术成熟，非常适合制造大容量型储能器件；同时由于采用硫酸水溶 液作为电解质，具有最高的电导率，因此电容器内阻非常低；另外该体系的电化学窗口为 2. 2(T0. 80V，仅次于有机体系，非常适合制造高功率型储能器件。在实际使用中，作为辅助电源，必须将单体电容器进行串并联，达到适合的电容量 与工作电压，通常采用外连接方式。由于现有的1 /C非对称型电化学电容器，功率密度 高，循环寿命长，但其能量密度较低，因此电容器组合后，体积更大，能量密度更低，达不到 电动车与混合动力汽车动力电池辅助电源的要求、达不到太阳能与风能发电站储能电池辅 助电源的要求，大大地限制了该电容器的应用范围。
技术实现思路
本技术目的是提供一种不仅体积小，能量密度高，循环寿命长，而且功率密 度也显著提高的叠片式高电压混合电化学电容器组合体，以便满足电动车与混合动力汽车 动力电池以及太阳能与风能发电站储能器件的辅助电源要求。本技术的技术方案是一种叠片式高电压混合电化学电容器，包括壳体、正极 引出端、多块双极性极板和负极引出端，所述多块双极性极板位于所述正极引出端与所述 负极引出端之间，所述多块双极性极板的相邻极板之间有隔板，所述多块双极性极板位于 电解液中，其特征在于，所述双极性极板为铅板或者铅合金板，所述铅板或者铅合金板光滑 的一面涂布碳粉作为负电极，所述铅板或者铅合金板粗糙的一面上有二氧化铅层作为正电 极，所述铅板或者铅合金板自身构成相邻两个电容器的隔离体。优选的，所述双极性极板为3-6个。优选的，所述电解液是胶体电解液。优选的，所述电解液为稀硫酸。优选的，所述正极引出端、多块双极性极板和负极引出端均采用注塑边框固定，边 框之间用树脂黏结方式或者热熔方式组装。优选的，所述隔板为AGM (玻璃纤维棉)隔板。优选的，所述隔板厚度1. 0-1. 5mm，强度为lOKpa。优选的，所述叠片式高电压混合电化学电容器的结构为富液式结构或阀控密封式 结构。本技术的优点是1.本技术所提供的这种混合电化学电容器，由于采用双极性极板，相邻两个 电容器以最短的路径、最小的连接电阻串联，因此电容器组合具有更高的功率密度和能量 密度，更小的体积。2.本技术中所述正极采用形成式电极，内阻非常小；形成式电极，一旦正极 活性物质软化脱落，其表面又会被氧化，形成新的活性物质层，因此具有极长的循环寿命， 可以与负极实现寿命匹配。3.本技术由于采用高导电率的硫酸水溶液作为电解液，具有极高功率充放 电特性。完全可以满足电动车与混合动力汽车动力电池的要求以及太阳能与风能发电站储 能器件辅助电源的要求。以下结合附图及实施例对本技术作进一步描述附图说明图1为本技术叠片式高电压混合电化学电容器单体主剖面图；图2为本技术叠片式高电压混合电化学电容器中的双极性极板示意图；图3为本技术叠片式高电压混合电化学电容器中的双极性极板剖面图；图4为本技术叠片式高电压混合电化学电容器中的引出端正极板剖面图；图5为本技术叠片式高电压混合电化学电容器中的引出端负极板剖面图；图6为技术叠片式高电压混合电化学电容器五个单体串联而成的组合体主 剖面图；其中1.正极引出端；11.正极铅集流体；2.负极引出端；21.负极铅集流体； 3.隔板；4.双极性极板；41.铅集流体；42.碳粉末材料；43. 二氧化铅薄膜；5.外壳； 6.极板塑料边框。具体实施方式实施例1 如图1所示的叠片式高电压混合电化学电容器，其外壳5内封装有依次 排布的一块正极引出端1、四块双极性极板4和一块负极引出端2，相邻极板之间的隔板3 采用的是商用AGM隔板(厚度1. Omm IOKPa)；而灌注的电解液为稀硫酸(密度1. 28g/cm3)0 所述正、负极引出端分别作为电容器的正负极。如图2、图3所示，双极性极板4的结构是，铅板或者铅合金板作为铅集流体一块 铅板或者铅合金板嵌入塑料方框6中，正面为负极，涂布电容电极材料42 ；反面为正极，其 经过粗糙化处理的表面，在初充电过程中以阳极电化学氧化方式形成二氧化铅薄膜43 ；同 时铅板或者铅合金板自身又是相邻两个电容器电化学特性的隔离体。如图4所示，正极引出端为双极性极板4的单电极，即正极，将铅板或者铅合金板 从顶端引出，取消负极，形成正极铅集流体11。如图5所示，本实施例中所述负极引出端为双极性极板4的单电极，即负极，将铅 板或者铅合金板从顶端引出，取消正极，形成负极铅集流体21。本实施例中铅板或者铅合金板采用锡含量0. 6%的铅锡合金碾压后制成薄板，厚 度为1. (Tl. 5mm左右，然后裁剪成矩形状。表面粗糙化处理方法可以是碾压过程中表面直 接滚花，也可以碾压后制成薄板用铜丝滚轮打磨。本实施例中所述电容电极材料组分重量比如下活性炭70%、石墨粉15%、乙炔黑 5%、PVDF10%，其中活性炭采用比表面积1500m2/g、中孔率大于40%、粒度5_10 μ m的商业化 活性炭。先将活性炭、石墨粉和乙炔黑干混5分钟，加入PVDF的N-甲基吡硌烷酮(NMP)的 溶液，然后用适量的N-甲基吡硌烷酮调成稀浆状，搅拌1-2小时，充分混勻。本实施例中所述正极引出端1、负正极引出端2及双极性极4板的塑料方框用工程 塑料(ABS)注塑成形。组装时塑料方框采用环氧树脂黏结，然后装入电容器外壳。实施例2 如图6所示的叠片式高电压混合电化学电容器，将5个五单元的电容器通过串联 方式组合在具有5个单格的电容器外壳内。单格之间通过穿壁焊方式连接，其他实施方式 同实施例1。以上所述仅为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种叠片式高电压混合电化学电容器，包括壳体、正极引出端、多块双极性极板和负极引出端，所述多块双极性极板位于所述正极引出端与所述负极引出端之间，所述多块双极性极板的相邻极板之间有隔板，所述多块双极性极板位于电解液中，其特征在于，所述双极性极板为铅板或者铅合金板，所述铅板或者铅合金板光滑的一面涂布碳粉作为负电极，所述铅板或者铅合金板粗糙的一面上有二氧化铅层作为正电极，所述铅板或者铅合金板自身构成相邻两个电容器的隔离体。

【技术特征摘要】
1.一种叠片式高电压混合电化学电容器，包括壳体、正极引出端、多块双极性极板和负 极引出端，所述多块双极性极板位于所述正极引出端与所述负极引出端之间，所述多块双 极性极板的相邻极板之间有隔板，所述多块双极性极板位于电解液中，其特征在于，所述双 极性极板为铅板或者铅合金板，所述铅板或者铅合金板光滑的一面涂布碳粉作为负电极， 所述铅板或者铅合金板粗糙的一面上有二氧化铅层作为正电极，所述铅板或者铅合金板自 身构成相邻两个电容器的隔离体。2.根据权利要求1所述的叠片式高电压混合电化学电容器，其特征在于，所述双极性 极板为3-6个。3.根据权利要求1所述的叠片式高电压混合电化学电容器，其特征在于，所述电解液 是胶体电解液...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建峰，柳颖，张娟，孟波，郑军伟，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：实用新型
国别省市：32