專利名稱：一種疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電化學(xué)儲(chǔ)能器件，尤其是一種疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源、資源與環(huán)境等成為社會(huì)的焦點(diǎn)問(wèn)題，尋找清潔、可再 生及資源節(jié)約型的能源是人類社會(huì)十分迫切而非常艱巨的任務(wù)。目前，在能源領(lǐng)域主要有三種類型的儲(chǔ)能器件電池、物理電容器以及電化學(xué)電容 器(也稱超級(jí)電容器)。電化學(xué)電容器是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的介于傳統(tǒng)物理電容器和電池 特性之間的一種新型綠色儲(chǔ)能器件，具有快速充放電特性，功率密度大(為普通電池的幾十 倍以上)，循環(huán)壽命長(zhǎng)(循環(huán)次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次以上)，使用溫度范圍寬(在-40°c 75°C之 間)?；谶@些獨(dú)特性能，電化學(xué)電容器有非常好的應(yīng)用前景。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同，電化學(xué)電容器可分為雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器兩大 類。雙電層電容器是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層電容來(lái)存儲(chǔ)能量，其電極通 常采用具有高比表面積的多孔炭材料。法拉第準(zhǔn)電容電容器是指在電極表面或體相中的二 維或準(zhǔn)二維空間上，電極活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，使其發(fā)生快速、可逆的化學(xué)吸附/脫附 或氧化/還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生比雙電層電容器更高的比容量，其電極材料主要是金屬氧化 物和導(dǎo)電聚合物。為了同時(shí)獲得較高的能量密度和功率密度，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)一種新型非對(duì)稱型電 化學(xué)電容器(也稱混合電化學(xué)電容器)，即電容器的一極是雙電層電極，另一極為法拉第準(zhǔn) 電容電極。非對(duì)稱型電化學(xué)超級(jí)電容器綜合了兩類電化學(xué)電容器的優(yōu)點(diǎn)，可更好地滿足實(shí) 際應(yīng)用中負(fù)載對(duì)電源系統(tǒng)的能量密度和功率密度的整體要求。在各類金屬氧化物/碳非對(duì)稱型電化學(xué)電容器中，PbO2 /C體系，由于材料價(jià)格 低及1 電極制造技術(shù)成熟，非常適合制造大容量型儲(chǔ)能器件；同時(shí)由于采用硫酸水溶 液作為電解質(zhì)，具有最高的電導(dǎo)率，因此電容器內(nèi)阻非常低；另外該體系的電化學(xué)窗口為 2. 2(T0. 80V，僅次于有機(jī)體系，非常適合制造高功率型儲(chǔ)能器件。在實(shí)際使用中，作為輔助電源，必須將單體電容器進(jìn)行串并聯(lián)，達(dá)到適合的電容量 與工作電壓，通常采用外連接方式。由于現(xiàn)有的1 /C非對(duì)稱型電化學(xué)電容器，功率密度 高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，但其能量密度較低，因此電容器組合后，體積更大，能量密度更低，達(dá)不到 電動(dòng)車與混合動(dòng)力汽車動(dòng)力電池輔助電源的要求、達(dá)不到太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電站儲(chǔ)能電池輔 助電源的要求，大大地限制了該電容器的應(yīng)用范圍。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種不僅體積小，能量密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，而且功率密 度也顯著提高的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器組合體，以便滿足電動(dòng)車與混合動(dòng)力汽車 動(dòng)力電池以及太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電站儲(chǔ)能器件的輔助電源要求。[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，包括殼體、正極 引出端、多塊雙極性極板和負(fù)極引出端，所述多塊雙極性極板位于所述正極引出端與所述 負(fù)極引出端之間，所述多塊雙極性極板的相鄰極板之間有隔板，所述多塊雙極性極板位于 電解液中，其特征在于，所述雙極性極板為鉛板或者鉛合金板，所述鉛板或者鉛合金板光滑 的一面涂布碳粉作為負(fù)電極，所述鉛板或者鉛合金板粗糙的一面上有二氧化鉛層作為正電 極，所述鉛板或者鉛合金板自身構(gòu)成相鄰兩個(gè)電容器的隔離體。優(yōu)選的，所述雙極性極板為3-6個(gè)。優(yōu)選的，所述電解液是膠體電解液。優(yōu)選的，所述電解液為稀硫酸。優(yōu)選的，所述正極引出端、多塊雙極性極板和負(fù)極引出端均采用注塑邊框固定，邊 框之間用樹(shù)脂黏結(jié)方式或者熱熔方式組裝。優(yōu)選的，所述隔板為AGM (玻璃纖維棉)隔板。優(yōu)選的，所述隔板厚度1. 0-1. 5mm，強(qiáng)度為lOKpa。優(yōu)選的，所述疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器的結(jié)構(gòu)為富液式結(jié)構(gòu)或閥控密封式 結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.本實(shí)用新型所提供的這種混合電化學(xué)電容器，由于采用雙極性極板，相鄰兩個(gè) 電容器以最短的路徑、最小的連接電阻串聯(lián)，因此電容器組合具有更高的功率密度和能量 密度，更小的體積。2.本實(shí)用新型中所述正極采用形成式電極，內(nèi)阻非常??；形成式電極，一旦正極 活性物質(zhì)軟化脫落，其表面又會(huì)被氧化，形成新的活性物質(zhì)層，因此具有極長(zhǎng)的循環(huán)壽命， 可以與負(fù)極實(shí)現(xiàn)壽命匹配。3.本實(shí)用新型由于采用高導(dǎo)電率的硫酸水溶液作為電解液，具有極高功率充放 電特性。完全可以滿足電動(dòng)車與混合動(dòng)力汽車動(dòng)力電池的要求以及太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電站儲(chǔ) 能器件輔助電源的要求。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述

圖1為本實(shí)用新型疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器單體主剖面圖；圖2為本實(shí)用新型疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器中的雙極性極板示意圖；圖3為本實(shí)用新型疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器中的雙極性極板剖面圖；圖4為本實(shí)用新型疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器中的引出端正極板剖面圖；圖5為本實(shí)用新型疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器中的引出端負(fù)極板剖面圖；圖6為實(shí)用新型疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器五個(gè)單體串聯(lián)而成的組合體主 剖面圖；其中1.正極引出端；11.正極鉛集流體；2.負(fù)極引出端；21.負(fù)極鉛集流體； 3.隔板；4.雙極性極板；41.鉛集流體；42.碳粉末材料；43. 二氧化鉛薄膜；5.外殼； 6.極板塑料邊框。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 如圖1所示的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，其外殼5內(nèi)封裝有依次 排布的一塊正極引出端1、四塊雙極性極板4和一塊負(fù)極引出端2，相鄰極板之間的隔板3 采用的是商用AGM隔板(厚度1. Omm IOKPa)；而灌注的電解液為稀硫酸(密度1. 28g/cm3)0 所述正、負(fù)極引出端分別作為電容器的正負(fù)極。如圖2、圖3所示，雙極性極板4的結(jié)構(gòu)是，鉛板或者鉛合金板作為鉛集流體一塊 鉛板或者鉛合金板嵌入塑料方框6中，正面為負(fù)極，涂布電容電極材料42 ；反面為正極，其 經(jīng)過(guò)粗糙化處理的表面，在初充電過(guò)程中以陽(yáng)極電化學(xué)氧化方式形成二氧化鉛薄膜43 ；同 時(shí)鉛板或者鉛合金板自身又是相鄰兩個(gè)電容器電化學(xué)特性的隔離體。如圖4所示，正極引出端為雙極性極板4的單電極，即正極，將鉛板或者鉛合金板 從頂端引出，取消負(fù)極，形成正極鉛集流體11。如圖5所示，本實(shí)施例中所述負(fù)極引出端為雙極性極板4的單電極，即負(fù)極，將鉛 板或者鉛合金板從頂端引出，取消正極，形成負(fù)極鉛集流體21。本實(shí)施例中鉛板或者鉛合金板采用錫含量0. 6%的鉛錫合金碾壓后制成薄板，厚 度為1. (Tl. 5mm左右，然后裁剪成矩形狀。表面粗糙化處理方法可以是碾壓過(guò)程中表面直 接滾花，也可以碾壓后制成薄板用銅絲滾輪打磨。本實(shí)施例中所述電容電極材料組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積1500m2/g、中孔率大于40%、粒度5_10 μ m的商業(yè)化 活性炭。先將活性炭、石墨粉和乙炔黑干混5分鐘，加入PVDF的N-甲基吡硌烷酮(NMP)的 溶液，然后用適量的N-甲基吡硌烷酮調(diào)成稀漿狀，攪拌1-2小時(shí)，充分混勻。本實(shí)施例中所述正極引出端1、負(fù)正極引出端2及雙極性極4板的塑料方框用工程 塑料(ABS)注塑成形。組裝時(shí)塑料方框采用環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)，然后裝入電容器外殼。實(shí)施例2 如圖6所示的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，將5個(gè)五單元的電容器通過(guò)串聯(lián) 方式組合在具有5個(gè)單格的電容器外殼內(nèi)。單格之間通過(guò)穿壁焊方式連接，其他實(shí)施方式 同實(shí)施例1。以上所述僅為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型 的權(quán)利要求限定范圍內(nèi)進(jìn)行的各種變化均應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，包括殼體、正極引出端、多塊雙極性極板和負(fù) 極引出端，所述多塊雙極性極板位于所述正極引出端與所述負(fù)極引出端之間，所述多塊雙 極性極板的相鄰極板之間有隔板，所述多塊雙極性極板位于電解液中，其特征在于，所述雙 極性極板為鉛板或者鉛合金板，所述鉛板或者鉛合金板光滑的一面涂布碳粉作為負(fù)電極， 所述鉛板或者鉛合金板粗糙的一面上有二氧化鉛層作為正電極，所述鉛板或者鉛合金板自 身構(gòu)成相鄰兩個(gè)電容器的隔離體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，其特征在于，所述雙極性 極板為3-6個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，其特征在于，所述電解液 是膠體電解液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，其特征在于，所述電解液 為稀硫酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，其特征在于，所述正極引 出端、多塊雙極性極板和負(fù)極引出端均采用注塑邊框固定，邊框之間用樹(shù)脂黏結(jié)方式或者 熱熔方式組裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，其特征在于，所述疊片式 高電壓混合電化學(xué)電容器的結(jié)構(gòu)為富液式結(jié)構(gòu)或閥控密封式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，其特征在于，所述隔板為 玻璃纖維棉隔板。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，其特征在于，所述隔板厚 度 1. 0-1. 5mm，強(qiáng)度為 lOKpa。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種疊片式高電壓混合電化學(xué)電容器，包括殼體、正極引出端、多塊雙極性極板和負(fù)極引出端，所述多塊雙極性極板位于所述正極引出端與所述負(fù)極引出端之間，所述多塊雙極性極板的相鄰極板之間有隔板，所述多塊雙極性極板位于電解液中，其特征在于，所述雙極性極板為鉛板或者鉛合金板，所述鉛板或者鉛合金板光滑的一面涂布碳粉作為負(fù)電極，所述鉛板或者鉛合金板粗糙的一面上有二氧化鉛層作為正電極，所述鉛板或者鉛合金板自身構(gòu)成相鄰兩個(gè)電容器的隔離體。本實(shí)用新型由于極板采用雙極性設(shè)計(jì)，最大限度地降低了電容器之間串聯(lián)連接電阻，功率密度高，同時(shí)能量密度也得到顯著的提高；由于正極采用形成式電極，使得正負(fù)極循環(huán)壽命得到非常好的匹配，電容器使用壽命長(zhǎng)，因此具有非常好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01G9/26GK201886904SQ201020632848
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者孟波, 張娟, 柳穎, 鄭軍偉, 高建峰 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)