多组件电化学电容器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及电力工程。本发明专利技术的多组件电化学电容器包含卷成卷筒的至少一层电绝缘膜，该电绝缘膜上连续安置有由多孔离子渗透性分离器隔开的交替相反极性电极。各电极薄片为具有高孔隙率的不织聚合物材料的基材，具有至少一个呈电化学活性层形式的电极附接于其一侧或两侧或嵌埋于其中。该电容器还包含接触电极。制造多组件电化学电容器的方法包含制备电极混合物；藉由将电极混合物涂覆于其上制造相反极性电极薄片；将相反极性电极薄片连续安置于电绝缘膜层上；将电极薄片及膜层围绕中心电极卷成卷筒；将卷筒的外表面连接至外周电极；及用电解质浸渍卷筒。技术效果在于电化学电能储存特定特征得到改良、使该等特定特征更稳定以及电容器使用寿命延长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多组件电化学电容器及其制造方法
本专利技术涉及电力工程，具体地说，涉及具有组合电荷储存机制及其他类似可充电电能储存的电化学电容器的制造。
技术介绍
现有技术的多组件电容器(参见：2009年8月27日公开的申请案PCTWO2009103661，分类H01G9/155，第34页)包含至少两个隔开间距d的相邻复合电极及至少一个由前述电极共享的复合电极且由分离器保持彼此隔开，该复合电极一起卷成卷筒。该设计试图在电极与整流器之间提供可靠低电阻接触时会产生不可避免的问题。此外，电极材料的不连续性可能在电解质与整流器材料之间引起不当反应，该反应转而又可能因整流器的电化学分解电势而使电容器工作电压降低。在相邻电容器电极之间不存在绝缘为该设计另一主要缺陷，引起电压降低从而使电容器比能降低。因此，当串联连接电容器节段时，电极电势差可能会使电容器组件工作电压加倍。这有可能引发电化学电极反应，从而限制电容器的寿命。制造多组件电容器的现有技术方法描述于2009年8月27日公开之申请案PCTWO2009103661，分类H01G9/155第34页中。根据现有技术方法，将一电极置于两个实际上为分离带的分离器之间，且两个复合电极以间隔距离d置于顶部带上。该带及该电极随后卷成卷筒。现有技术专利技术不利之处在于多组件电容器包含呈隔开电极形式的个别组件，该隔开电极难以组合成多组件总成，尤其在连续卷筒制造制程中。使用涂覆于金属整流器表面的电极的多层复合结构为现有技术专利技术的另一缺点。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于改良装置结构组件及发展不具有最接近现有技术专利技术缺陷且能够达成特定特征的分段式成卷多组件电化学电容器，所达成特定特征使得其成为在技术上可实行且经济的使用选择。改良电化学电能储存特定特征、维持特定特征的稳定性及延长使用寿命为该方法及该装置共同技术效果。本专利技术技术效果在包含至少一层电绝缘膜的多组件电化学电容器中达成，该电绝缘膜具有由安置于该电绝缘膜上的多孔离子渗透性分离器隔开的相反极性交替的电极薄片，该电绝缘膜及该交替的电极薄片卷成卷筒且以电解质浸渍。此外，各电极薄片为由高孔隙率不织聚合物材料制成的基材，且具备至少一个电极附接于其一侧或两侧或其中，该电极为含有金属或其化合物或氧化还原聚合物的纳米尺寸粒子的电化学活性层。此外，相反极性电极薄片的电极由不同类型的纳米结构碳材料制成。纳米结构碳材料之一具有最大可能比表面积及相对另一种纳米结构碳材料低的电导率；而另一种纳米结构碳材料具有相对前一纳米结构碳材料大的比表面积及相对前一纳米结构碳材料高的电导率；电容器进一步包含可连接至中心及外周电极的接触电极。基材可由在材料电解质中无化学及电化学活性的电子渗透性、离子渗透性材料制成。仅数层碳纳米管可用作纳米结构电极之一，且活性碳、活性碳黑、经金属浸渍的碳及基于诸如Ti、B及Si之金属的碳化物的纳米多孔碳材料可用作另一纳米结构碳材料。电极薄片的正电极的材料可含有诸如镁、汞、银及镍的金属及诸如氧化镁、氢氧化镁、氧化汞、氧化银、氧化铅、硫酸铅、氢氧化镍及氧化锂钴的金属化合物的纳米尺寸粒子。负电极的材料可含有诸如锌、铅、镉、铁及锂的金属及诸如氢氧化锌、氯化锌、硫酸铅、氢氧化镉及氢氧化铁的金属化合物的纳米尺寸粒子。与电绝缘膜接触的电极薄片安置成其电化学活性层相对于电绝缘膜向上，且下一电极薄片于其上安置成位移等于其电化学活性层宽度的一半，以使得电极薄片的电化学活性层彼此面对且由多孔离子渗透性分离器间隔开。电极薄片的电极可连续附接于基材。卷筒外表面可由接触电极连接于外周电极，以使得卷筒置于作为金属管的长度的外周电极中。外周电极端面可具备覆盖物。上述技术效果亦在制造多组件电化学电容器方法中达成，该方法包含制备含有不同类型纳米结构碳材料的电极混合物。纳米结构碳材料之一具有最大可能比表面积及相对另一种纳米结构碳材料低的电导率；而另一种纳米结构碳材料具有相对前一纳米结构碳材料大的比表面积及相对前一纳米结构碳材料高的电导率；该方法亦包含藉由将电极混合物涂覆于由高孔隙率不织聚合物材料制成基材的一侧或两侧及将电极混合物安置于该基材中来制造相反极性电极薄片，将该基材用含有金属或其合金或氧化还原聚合物的纳米尺寸粒子的电化学活性层覆盖。将由多孔离子渗透性分离器间隔开之相反极性电极薄片连续安置于至少一层电绝缘膜上，围绕中心电极卷成卷筒，该卷筒外表面连接至外周电极，且将卷筒用电解质浸渍。根据该方法，电绝缘膜层及由安置于该膜上的离子渗透性分离器间隔开的交替相反极性电极薄片展布在平行平面中。卷筒外表面可由充当卷筒外表面的接触电极连接至外周电极，且卷筒安置于外周电极中。此外，在卷筒以电解质浸渍后，外周电极端面可以由电绝缘材料制成之覆盖物封闭。中心及外周管状电极可由铝或其合金制成，且覆盖物由塑料制成。仅数层碳纳米管在本专利技术方法中用作纳米结构碳材料之一，且活性碳、活性碳黑、经金属浸渍的碳及基于诸如Ti、B及Si碳化物的纳米多孔碳材料可用作另一纳米结构碳材料。该方法亦提供藉由热解气态烃及氢气的混合物所获得且具有5至50nm之尺寸、500至1,000m2/g之比表面积及10至100Sm/cm之比电导率的仅数层碳纳米管的用途。气态烃及氢气的混合物的热解在维持于650至900℃温度范围内及0.1至1.0MPa压力范围内在诸如基于钴及钼或纳米结构氧化镁的化合物的催化剂上进行，且使用天然气或丙烷或丁烷或乙烯作为气态烃。该方法可使用藉由热解芳族烃及醇的混合物获得的数层碳纳米管。芳族烃及醇之混合物的热解在维持于650至900℃范围内之温度及0.1至1.0MPa范围内之压力下在诸如基于铁、镍及氧化镁之化合物的催化剂上进行，且使用苯及甲苯作为芳族烃，而使用乙醇作为醇。此外，数层碳纳米管在制造后进一步在超临界条件下用氧化剂、超音波或水处理。该方法可使用藉由在流体中形成合成单体且随后在600至1,100℃温度下进行碳化及高温蒸气活化所产生的活性碳。该方法可使用由硼、钛及硅碳化物产生的纳米多孔碳材料。其进一步经受在600至1,200℃温度下以氯进行高温热化学处理。为制备电极混合物，将数层碳纳米管及活性碳在球磨机中以1:3至3:1比率混合直至达成10至100nm晶粒尺寸，在典型100nm筛孔筛上筛滤，且藉由超音波进行处理以使电极混合物具有最高均匀性。纳米管及碳黑在离心机中藉由逐层离心进行混合。电极薄片的正电极由金属的纳米尺寸粒子制造，例如镁、汞、银及镍，以及金属化合物，和氧化镁、氢氧化镁、氧化汞、氧化银、氧化铅、硫酸铅、氢氧化镍及氧化锂钴。负电极由金属的纳米尺寸粒子，例如锌、铅、镉、铁及锂和金属化合物如氢氧化锌、氯化锌、硫酸铅、氢氧化镉及氢氧化铁制造。藉由用包含藉由超音波分散于有机溶剂(其为异丙醇或乙醇)中的电极混合物的悬浮液覆盖基材获得电极薄片。电极混合物亦可在静电力作用下以粉末形式涂覆于基材。涂覆电极混合物后，将所得电极薄片安置于诸如石墨箔片的接触电极上，随后将其加热至120至150℃温度且经受0.5至1.0MPa范围内的压力。接触电极紧固于外周电极薄片。厚一至四层的多孔分离器可由以聚合物膜制成的厚3至5μm、孔隙率为20至40％且孔隙尺寸为0.05至0.1μm的轨迹膜，或厚10μm且密度为15至40mg/cm2的诸如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.23 RU 20101160791.一种多组件电化学电容器，其包含至少一层电绝缘膜及连续安置于其上且由多孔离子渗透性分离器间隔开的交替相反极性电极薄片，电极薄片及多孔分离器卷成卷筒，电极薄片中由不织聚合物材料基材制成，至少一个电极附接于不织聚合物材料基材的一侧或两侧；电极以含有金属或其化合物或氧化还原聚合物的纳米尺寸粒子的电化学活性层的形式嵌埋于该基材中，不织聚合物材料基材具有高孔隙率；其中与该电绝缘膜接触的电极薄片安置成其电化学活性层自该电绝缘膜面向上，且下一电极薄片位移至其电化学活性层宽度的一半，电极薄片的电化学活性层彼此面对且由多孔离子渗透性分离器间隔开；相反极性电极薄片的电极由不同类型的纳米结构碳材料制成；纳米结构碳材料之一具有最大可能比表面积及相对另一种纳米结构碳材料低的电导率；而另一种纳米结构碳材料具有相对前一纳米结构碳材料大的比表面积及相对前一纳米结构碳材料高的电导率；该电容器的外表面进一步包含与中心连接及外周电极接触的接触电极。2.如权利要求1所述的多组件电化学电容器，其特征在于:其中基材由在电解质中无化学及电化学活性的电子渗透性及离子渗透性材料制成。3.如权利要求1所述的多组件电化学电容器，其特征在于:碳纳米管作为纳米结构碳材料之一，活性碳、活性碳黑、经金属浸渍的碳和基于Ti、B及Si的金属碳化物的纳米多孔材料用作另一纳米结构碳材料。4.如权利要求1所述的多组件电化学电容器，其特征在于：其中电极薄片的正电极的材料为含有镁、汞、银及镍的金属及氧化镁、氢氧化镁、氧化汞、氧化银、氧化铅、硫酸铅、氢氧化镍及氧化锂钴的金属化合物的纳米尺寸粒子，负电极的材料为含有锌、铅、镉、铁及锂的金属及氢氧化锌、氯化锌、硫酸铅、氢氧化镉及氢氧化铁的金属化合物的纳米尺寸粒子。5.如权利要求1所述的多组件电化学电容器，其特征在于：其中电极薄片的电极连续附接于该基材。6.如权利要求1所述的多组件电化学电容器，其特征在于：其中卷筒的外表面由接触电极连接至外周电极，卷筒置于由金属管材制成的外周电极中，该外周电极的端面具备覆盖物。7.一种制造多组件电化学电容器的方法，其特征在于：其包含制备含有不同类型纳米结构碳材料电极混合物，纳米结构碳材料之一具有最大可能比表面积及相对另一种纳米结构碳材料低的电导率；而另一种纳米结构碳材料具有相对前一纳米结构碳材料大的比表面积及相对前一纳米结构碳材料高的电导率；藉由将电极混合物涂覆于由具有高孔隙率的不织聚合物材料制成的基材上或将该电极混合物嵌埋于该基材中制造相反极性电极薄片；在该基材上产生含有金属或其化合物或氧化还原聚合物的纳米尺寸粒子的电化学活性层；在至少一层电绝缘膜上连续安置由多孔离子渗透性分离器隔开的相反极性电极薄片；将该层围绕中心电极卷成卷筒；将该卷筒外表面连接至外周电极；及用电解质浸渍该卷筒；其中与该电绝缘膜接触的电极薄片安置成其电化学活性层自该电绝缘膜面向上，且下一电极薄片位移至其电化学活性层宽度的一半，电极薄片的电化学活性层彼此面对且由多孔离子渗透性分离器间隔开；碳纳米管用作纳米结构制成的相反极性电极薄片的电极，且活性碳、活性碳黑、金属浸渍的碳和基于Ti、B及Si的碳化物的纳米多孔碳材料用作纳米结构的碳材料；其使用藉由热解气态烃及氢气混合物所产生且测量尺寸为5至50nm、比表面积为500至1,000m2/g且比电导率为10至100Sm/cm的数层碳纳米管。8.如权利要求7所述多组件电化学电容器的方法，其特征在于：其中卷筒的外表面藉由接触电极连接至外周电极，接触电极形成插入外周电极中的卷筒的外表面，该外周电极的端面在卷筒以电解质浸渍后以由电绝缘材料制成的覆盖物封闭。9.如权利要求8所述多组件电化学电容器的方法，其特征在于：其中中...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里·米德哈托维奇·吉纳图林，安德雷·维克托维奇·代斯亚托夫，安东·夫拉迪米罗维奇·阿斯赛耶夫，阿勒科山德·佩特罗维奇·库布斯金，谢尔盖·尔瓦诺维奇·西罗廷，尤尔博夫·夫拉迪米罗夫纳·布利贝科瓦，尤博夫·恩苏诺夫纳·利，
申请(专利权)人：UG投资有限公司，
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