CN107749351B - 全密封超级电容器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全密封超级电容器及其制造方法，该全密封超级电容器包括：正极外盖、负极外盖、外壳、电容器电芯、负极集流体、负极端子和密封环，正极外盖和负极外盖分别连接于外壳两端、电容器电芯和负极集流体设置在外壳内部，电容器电芯一端与正极外盖连接，负极集流体连接于电容器电芯的另一端，负极端子部分设置在外壳内部与负极集流体连接，部分穿过负极外盖设置在外壳外部；负极端子与负极外盖之间具有密封间隙；密封环包括陶瓷环和设置在陶瓷环表面的金属层，陶瓷环设置在密封间隙内，且通过金属层分别与负极外盖和负极端子钎焊连接。该全密封超级电容器密封强度高、生产效率高。相应地，本发明还提供一种全密封超级电容器制造方法。

Description

全密封超级电容器及其制造方法

技术领域

本发明涉及电化学储能元器件领域，尤其涉及一种全密封超级电容器及其制造方法。

背景技术

超级电容器作为一种高效的储能元器件，具有充放电速度快、功率密度大、循环寿命长、绿色环保等系列优点，在新能源汽车、轨道交通、航空航天、工业自动化领域得到了广泛应用。一般的，超级电容器的电芯一端（正极或负极）与外壳相连，另一端通过橡胶密封圈与外壳绝缘密封隔离。然而，橡胶密封圈的耐高温能力有限（普遍不超过260℃），长期高温负荷下容易老化导致密封性能大大降低，严重限制超级电容器的使用寿命；并且，为防止橡胶密封圈在装配过程中变形增加使用过程中的漏液几率，需要人工手工装配橡胶密封圈且采用外壳扩口的方式以防止密封圈装配移位，装配工作人工劳动强度大，装配效率低，影响超级电容器的生产效率。因此，传统超级电容器存在密封性能差、使用寿命短且生产效率低的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全密封超级电容器，以克服传统超级电容器存在的密封性能差、使用寿命短且生产效率低的技术问题。

本发明的另一目的在于提出一种全密封超级电容器的制造方法，能够实现超级电容器生产过程全自动化操作，提高超级电容器生产效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种全密封超级电容器，包括：正极外盖、负极外盖、外壳、电容器电芯、负极集流体、负极端子和密封环，正极外盖和负极外盖分别连接于外壳两端、电容器电芯和负极集流体设置在外壳内部，电容器电芯一端与正极外盖连接，负极集流体连接于电容器电芯的另一端，负极端子部分设置在外壳内部与负极集流体连接，部分穿过负极外盖设置在外壳外部；负极端子设置在外壳内部的部分与负极外盖之间具有一密封间隙；密封环包括陶瓷环和设置在陶瓷环表面的金属层，陶瓷环设置在密封间隙内，且通过金属层分别与负极外盖和负极端子钎焊连接。

在其中一个实施例中，金属层包括金属化层和金属镀层，金属化层设置在陶瓷环与金属镀层之间。

在其中一个实施例中，金属化层为钼锰粉层。

在其中一个实施例中，金属镀层为镍镀层。

在其中一个实施例中，还包括绝缘填充环，负极端子穿过负极外盖的部分与负极外盖之间具有一绝缘间隙，绝缘填充环设置在绝缘间隙内，且分别与负极外盖和负极端子抵接连接。

在其中一个实施例中，还包括密封钉，负极外盖上开设有注液孔，密封钉插入注液孔与负极外盖焊接连接。

在其中一个实施例中，还包括防爆片，正极外盖上开设有排气孔，防爆片设置在排气孔内与正极外盖连接。

在其中一个实施例中，防爆片的厚度为0.1mm-0.3mm，防爆片的压强调节范围为0.6MPa-1.0MPa。

本发明还提供一种上述任一项超级电容器的制造方法，包括以下步骤：

自动激光焊接，组装正极外盖、负极外盖、外壳、电容器电芯、负极集流体、负极端子和密封环，得到全密封超级电容器工装；

对全密封超级电容器工装进行真空干燥；

向真空干燥后的超级电容器工装内注入电解液并进行老化操作，得到全密封超级电容器。

在其中一个实施例中，向真空干燥后的超级电容器工装内注入电解液并进行老化操作，得到全密封超级电容器的步骤包括：

向真空干燥后的超级电容器工装内注入电解液，注液后将胶钉插入注液孔对超级电容器工装进行密封；

对胶钉密封后的超级电容器工装进行老化处理；

完成老化处理后拔出胶钉，排除老化气体，将密封钉插入注液孔并将密封钉与负极外盖焊接连接，得到全密封超级电容器。

上述的全密封超级电容器，负极端子和负极外盖之间通过包括陶瓷环和金属层的密封环密封，金属层设置在陶瓷环表面，陶瓷环通过金属层分别与负极端子和负极外盖钎焊连接，实现电容器电芯的负极与外壳全密封绝缘隔离，密封强度高，能够有效保证气密性，降低漏液几率。并且，陶瓷环性能稳定，使用寿命长，能够大大延长超级电容器的使用寿命。同时，密封环与负极端子和负极外盖均钎焊连接，密封环装配可实现自动化焊接，实现了超级电容器整个生产过程的自动化操作，大大节省人工劳动强度，提高了超级电容器生产效率。因此，与传统超级电容器相比，上述的全密封超级电容器具有密封强度高、使用寿命长、自动化程度高、生产效率高的有益效果。相应地，上述的全密封超级电容器制造方法实现了全密封超级电容器生产过程全自动化操作，大大降低人工劳动强度，提高了超级电容器生产效率。

附图说明

图1是一个实施例中全密封超级电容器的结构示意图；

图2是一个实施例中外壳的结构示意图；

图3是一个实施例中密封环的结构示意图；

图4是图3所示的密封环的A-A结构剖视图；

图5是一个实施例中负极外盖和负极端子连接的结构示意图；

图6是一个实施例中正极外盖的结构示意图；

图7是一个实施例中全密封超级电容器的制造方法流程图。

图中：10-正极外盖、20-负极外盖、30-外壳、40-电容器电芯、50-负极集流体、60-负极端子、70-密封环、80-绝缘填充环、90-密封钉、100-防爆片；

11-排气孔、21-注液孔、71-陶瓷环、72-金属层；

721-金属化层、722-金属镀层。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请同时参阅图1至图4，一个实施例的全密封超级电容器包括：正极外盖10、负极外盖20、外壳30、电容器电芯40、负极集流体50、负极端子60和密封环70。正极外盖10和负极外盖20分别连接于外壳30两端、电容器电芯40和负极集流体50设置在外壳30内部，电容器电芯40一端与正极外盖10连接，负极集流体50连接于电容器电芯40的另一端，负极端子60部分设置在外壳30内部与负极集流体50连接，部分穿过负极外盖20设置在外壳30外部；负极端子60设置在外壳30内部的部分与负极外盖20之间具有一密封间隙；密封环70包括陶瓷环71和设置在陶瓷环71表面的金属层72，陶瓷环71设置在密封间隙内，且通过金属层72分别与负极外盖20和负极端子60钎焊连接。

具体地，电容器电芯4内填充电解液，负极外盖20和负极端子60均采用铝、铜及其合金或铜镀镍材质，外壳30一体化集成正极集流体，外壳30与正极集流体一体化冲压成型，正极外盖10上一体成型设置有正极端子，正极外盖10和外壳30均采用铝或铝合金制成。电容器电芯40和正极集流体通过激光焊接相连，正极外盖10过盈配合紧密接触正极集流体，并通过激光焊接与外壳30密封连接，负极集流体50与电容器电芯40激光焊接连接，负极端子60与负极集流体50激光焊接连接，负极外盖20与外壳30激光焊接连接，负极端子60和负极外盖20通过密封环钎焊密封联成一体。

上述的全密封超级电容器，陶瓷环71表面设置有金属层72，陶瓷环71通过金属层72分别与负极外盖20和负极端子60钎焊连接，钎焊过程中，在高温下熔化的焊料合金和金属层72、负极外盖20和负极端子60的金属表面都具有良好的浸润性，可以实现高强度、高可靠的密封焊接。全密封超级电容器的密封环70装配时，分别将负极端子60与密封环70、密封环70与负极外盖20通过钎焊焊料在惰性气氛下高温钎焊，即可得到的一体化密封的负极端子和负极外盖结构，实现电容器电芯40的负极与外壳30全密封绝缘隔离，密封强度高，且可实现密封环70自动化焊接，能够大大提高超级电容器的生产效率。

如图4所示，在一个实施例中，金属层72包括金属化层721和金属镀层722，金属化层721设置在陶瓷环71与金属镀层722之间。具体地，如图4所示，金属层72设置在陶瓷环71上相对的两面上，相对设置的两个金属层72之间间隔设置，从而在陶瓷环71上形成绝缘段，以在确保密封环70的密封性能的同时保证密封环70的绝缘性能，确保负极端子60和负极外盖20之间绝缘稳定。

在一个实施例中，金属化层721为钼锰粉层，金属镀层722为镍镀层。具体地，密封环70通过在陶瓷环71表面经丝网印刷钼锰电子导电浆料，高温烧结形成钼锰粉层后再化学镀镍形成镍镀层得到。进一步的，陶瓷环71由Al₂O₃、ZrO₂和改性剂、烧结助剂混合后烧结成型，陶瓷环71烧结成型后，采用丝网印刷方式在陶瓷环71相对的两面印刷钼锰电子导电浆料，经真空高温烧结使陶瓷环71和表面的钼锰粉料牢固结合，形成钼锰粉层，之后在渡槽中化学镀镍，在钼锰粉层表面形成镍镀层。本实施例中，金属化层721为钼锰粉层，导电浆料采用钼锰粉料和少量粘结剂，钼粉料的粒度不超过3um。在其他实施例中，金属化层还可以为其它金属粉层，如银粉层、钯粉层或金粉层等，相应的电子导电浆料采用银浆、钯浆或金浆即可，因此，以上金属化层721采用为钼锰粉层只是一个实施例，并不用于限定本发明。

如图1、图5所示，在一个实施例中，全密封超级电容器还包括绝缘填充环80，负极端子60穿过负极外盖20的部分与负极外盖20之间具有一绝缘间隙，绝缘填充环80设置在绝缘间隙内，且分别与负极外盖20和负极端子60抵接连接。绝缘填充环80的直径小于密封环70的直径，在绝缘间隙内设置绝缘填充环80，能够进一步提高负极外盖20与负极端子60之间的绝缘性能，确保负极端子60与外壳30绝缘稳定。本实施例中，采用小直径的绝缘填充环80填充绝缘间隙，从而使密封环70可以采用普通环状设计，有利于增强密封环70的机械强度，提高绝缘结构整体的机械强度。在一个实施例中，为与密封环70材料保持一致，绝缘填充环80为陶瓷填充环。但是，在其它实施例中，绝缘填充环还可以采用橡胶填充环、硅胶填充环或塑料填充环。

进一步的，在一个实施例中，负极外盖20上还开设有注液孔21，全密封超级电容器还包括密封钉90，注液孔21用于生成过程中注入电解液，密封钉90插入注液孔21内与负极外盖20焊接连接，用于完成电解液注入后对注液孔21进行密封。

如图1、图6所示，在一个实施例中，全密封超级电容器还包括防爆片100，正极外盖10上开设有排气孔11，防爆片100设置在排气孔11内与正极外盖10连接。

一般的，超级电容器在使用过程中由于活性炭电极对电解液的催化分解，会使电容器内部不断产生气体而具有一定的内压，一旦气体过多，内压过大容易发生爆炸，使得超级电容器存在安全隐患。本实施例中，在正极外盖10上安装防爆片100，当内压达到防爆片100的预设压强值时，防爆片100会破裂，以及时排气，避免发生爆炸，从而降低了超级电容器使用过程中的危险性，确保使用安全，大大提高了产品可靠性。在一个实施例中，防爆片100的厚度为0.1mm-0.3mm，防爆片的压强调节范围为0.6MPa-1.0MPa。进一步的，防爆片100采用PP（Polypropylene，聚丙烯）膜制成。

上述的全密封超级电容器，负极端子60和负极外盖20之间通过包括陶瓷环71和金属层72的密封环70密封，金属层72设置在陶瓷环71表面，陶瓷环71通过金属层72分别与负极端子60和负极外盖20钎焊连接，实现电容器电芯40的负极与外壳30全密封绝缘隔离，密封强度高，能够有效保证气密性，降低漏液几率，产品使用过程中的漏液率由原来的1.5%降低到零漏液，能够满足新能源汽车/航空航天等工业领域高质量的可靠性要求，适用范围广泛。并且，陶瓷环71性能稳定，使用寿命长，能够大大延长超级电容器的使用寿命。同时，密封环70与负极端子60和负极外盖20均钎焊连接，密封环70装配可实现自动化焊接，实现了超级电容器整个生产过程的自动化操作，大大节省人工劳动强度，生产效率提升由传统超级电容器的1PPM（每分钟1颗超级电容器/锂离子电容器）提高到10PPM以上，大大提高了超级电容器生产效率。与传统超级电容器相比，上述的全密封超级电容器具有密封强度高、使用寿命长、自动化程度高、生产效率高、且适用范围广泛的有益效果。

请参阅图7，本发明还提供一种全密封超级电容器的制造方法，包括以下步骤：

S110：自动激光焊接，组装正极外盖10、负极外盖20、外壳30、电容器电芯40、负极集流体50、负极端子60和密封环70，得到全密封超级电容器工装。

具体地，先将负极端子60和密封环70高温钎焊连接，再将密封环70与负极外盖20高温钎焊得到密封连接的负极端子60和负极外盖20，完成负极端子60和负极端子及密封环70装配；进一步的，在一个实施例中，完成密封环70与负极端子60和负极端子60激光钎焊后，还将绝缘填充环80套设在负极端子60上，填充负极端子60和负极外盖20之间的绝缘间隙，进行绝缘填充环80装配；之后，将电容器电芯40先和负极集流体50进行激光焊接相连，再将负极集流体50和负极端子60进行激光焊接相连；然后，将负极外盖20和外壳30激光焊接密封，将电容器电芯40和外壳30进行激光焊接相连，再使正极外盖10过盈配合紧密接触与外壳30一体化集成的正极集流体，并将正极外盖10和外壳30激光焊接密封连接，得到全密封超级电容器工装。

进一步的，负极端子60和负极外盖10及密封环70装配过程中，负极端子60和密封环70及密封环70和负极外盖20之间均通过钎焊焊料在惰性气氛下高温钎焊得到一体化密封的负极端子60与负极外盖10密封结构。一般的，负极端盖10都含有铝，铝的熔点为660度，因此，钎焊焊料采用低熔点的合金，如熔点在540℃～850℃之间的银铜合金，惰性气体可采用氮气、氩气或氦气等。

S112：对全密封超级电容器工装进行真空干燥。具体地，将焊接好的全密封超级电容器工装放入隧道式真空烤箱进行干燥除水。

S114：向真空干燥后的超级电容器工装内注入电解液并进行老化操作，得到全密封超级电容器。

具体地，真空干燥除水后的超级电容器工装放在注液机上通过注液孔217真空注液，注入定量电解液和密封老化即得到全密封超级电容器。进一步的，对全密封超级电容器进行激光打码后进入自动测试机测试产品容量内阻，完成测试后自动扫码并分选入库，完成全密封超级电容器测试封装。

在一个实施例中，步骤S140包括以下步骤：向真空干燥后的超级电容器工装内注入电解液，注液后将胶钉插入注液孔对超级电容器工装进行密封；对胶钉密封后的超级电容器工装进行老化处理；完成老化处理后拔出胶钉，排除老化气体，将密封钉插入注液孔并将密封钉与负极外盖焊接连接，得到全密封超级电容器。

具体地，在老化过程中由于活性炭电极对电解液的催化分解，超级电容器内部会产生大量气体而具有一定的内压，一旦气体过多，容易发生爆炸，存在安全隐患。本实施例中，在老化过程中先使用胶钉对超级电容器进行预封再进入自动老化机老化，老化后拔出胶钉，将超级电容器老化阶段产生的气体排出，再插入密封钉90进行密封，从而最大程度的降低超级电容器在后续使用过程中的产气和内压，进一步降低超级电容器使用过程中的危险性，提高产品可靠性。在一个实施例中，胶钉采用塑料胶钉。

上述全密封超级电容器的制造方法，全密封超级电容器工装的各部件均采用激光焊进行焊接和密封，生产过程中配合使用传送带和机械手臂实现全密封超级电容器工装装配及密封全自动化操作，能够大大提高超级电容器的生产效率，生产效率可由传统超级电容器的1PPM（每分钟1颗超级电容器/锂离子电容器）提高到10PPM以上。另外，上述全密封超级电容器的密封结构及全密封超级电容器的制造方法也适用于锂离子电容器、二次电池和传统电容器等产品，适用范围广泛。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种全密封超级电容器，其特征在于，包括：正极外盖（10）、负极外盖（20）、外壳（30）、电容器电芯（40）、负极集流体（50）、负极端子（60）和密封环（70），所述正极外盖（10）和所述负极外盖（20）分别连接于所述外壳（30）两端、所述电容器电芯（40）和负极集流体（50）设置在所述外壳（30）内部，所述电容器电芯（40）一端与所述正极外盖（10）连接，所述负极集流体（50）连接于所述电容器电芯（40）的另一端，所述负极端子（60）部分设置在所述外壳（30）内部与所述负极集流体（50）连接，部分穿过所述负极外盖（20）设置在所述外壳（30）外部；所述负极端子（60）设置在所述外壳（30）内部的部分与所述负极外盖（20）之间具有一密封间隙；所述密封环（70）包括陶瓷环（71）和设置在所述陶瓷环（71）表面的金属层（72），所述陶瓷环（71）设置在所述密封间隙内，且所述陶瓷环（71）通过所述金属层（72）分别与所述负极外盖（20）和所述负极端子（60）钎焊连接，从而能够降低漏液几率，并能够实现所述密封环（70）的自动化焊接；

所述金属层（72）设置在所述陶瓷环（71）上相对的两面上，相对设置的两个所述金属层（72）之间间隔设置，从而在所述陶瓷环（71）上形成绝缘段，以在确保所述密封环（70）的密封性能的同时保证所述密封环（70）的绝缘性能；

所述金属层（72）包括金属化层（721）和金属镀层（722），所述金属化层（721）设置在所述陶瓷环（71）与所述金属镀层（722）之间；

还包括绝缘填充环（80），所述负极端子（60）穿过所述负极外盖（20）的部分与所述负极外盖（20）之间具有一绝缘间隙，所述绝缘填充环（80）设置在所述绝缘间隙内，且分别与所述负极外盖（20）和所述负极端子（60）抵接连接。

2.根据权利要求1所述的全密封超级电容器，其特征在于，所述金属化层（721）为钼锰粉层。

3.根据权利要求1所述的全密封超级电容器，其特征在于，所述金属镀层（722）为镍镀层。

4.根据权利要求1所述的全密封超级电容器，其特征在于，还包括密封钉，所述负极外盖上开设有注液孔，所述密封钉插入所述注液孔与所述负极外盖焊接连接。

5.根据权利要求1所述的全密封超级电容器，其特征在于，还包括防爆片（100），所述正极外盖（10）上开设有排气孔（11），所述防爆片（100）设置在所述排气孔（11）内与所述正极外盖（10）连接。

6.根据权利要求5所述的全密封超级电容器，其特征在于，所述防爆片（100）的厚度为0.1mm-0.3mm，所述防爆片（100）的压强调节范围为0.6MPa-1.0MPa。

7.一种权利要求1-6任一项所述的全密封超级电容器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

先将负极端子（60）和密封环（70）高温钎焊连接，再将密封环（70）与负极外盖（20）高温钎焊得到密封连接的负极端子（60）和负极外盖（20），完成负极端子（60）和负极端子（60）及密封环（70）的装配，然后将绝缘填充环（80）套设在负极端子（60）上，填充负极端子（60）和负极外盖（20）之间的绝缘间隙，完成绝缘填充环（80）的装配；再将电容器电芯（40）与负极集流体（50）进行激光焊接相连，将负极集流体（50）和负极端子（60）进行激光焊接相连；然后，将负极外盖（20）和外壳（30）激光焊接密封，将电容器电芯（40）和外壳（30）进行激光焊接相连，再使正极外盖（10）过盈配合紧密接触与外壳（30）一体化集成的正极集流体，并将正极外盖（10）和外壳（30）激光焊接密封连接，得到全密封超级电容器工装；

对所述全密封超级电容器工装进行真空干燥；

向真空干燥后的超级电容器工装内注入电解液并进行老化操作，得到全密封超级电容器。

8.根据权利要求7所述的全密封超级电容器的制造方法，其特征在于，所述向真空干燥后的超级电容器工装内注入电解液并进行老化操作，得到全密封超级电容器的步骤包括：

向真空干燥后的超级电容器工装内注入电解液，注液后将胶钉插入注液孔对超级电容器工装进行密封；

对胶钉密封后的超级电容器工装进行老化处理；

完成老化处理后拔出胶钉，排除老化气体，将密封钉插入注液孔并将密封钉与负极外盖焊接连接，得到全密封超级电容器。