一种超级电容器及其封装方法

技术领域

本发明属于电容器材料技术领域，具体涉及一种超级电容器及其封装方法。

背景技术

超级电容器由于具备超高的功率密度、超快的充电速度、较宽的工作温度范围、超长的循环寿命和安全免维护等特性，故其在航空航天、轨道交通、新能源汽车和电子工业领域具有广阔的应用前景。

目前，现有技术中小型圆柱型超级电容器的封装方式主要包括以下过程：壳体在旋转过程中施加一定的压力，然后与酚醛树脂密封盖通过机械作用紧密结合，以此达到密封效果。然而，此种方式密封的器件在长时间服役过程中，往往容易导致漏液失效的问题。此外，在超长期服役过程中，器件内部产生的气体会使得上述漏液问题加剧，最终对电子设备产生严重的腐蚀作用，造成不良影响。

现有技术公开的改善超级电容器密封性的方法包括优化封口尺寸、改善原材料材质等，以此增强密封效果，但是上述方法得到的封装结构仍存在漏液问题。

因此，在本领域中，亟需开发一种改善超级电容器密封性的方法，不仅能够提高封口端的密封性，同时解决超级电容器在长期服役过程中的漏液问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超级电容器及其封装方法。本发明通过在电芯外壳封口处形成聚合物密封层，外加超级电容器原始的密封方式，从而显著提升其密封性能以及降低超级电容器在服役过程中的漏液比例。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种超级电容器的封装方法，所述方法包括以下步骤：

在电芯外壳封口端的内部涂覆高分子树脂材料，并在盖板侧面涂覆固化剂，将所述电芯外壳与所述盖板进行热封装，得到所述超级电容器。

本发明通过在滚槽完毕的电芯外壳封口端的内部涂覆高分子树脂材料，并在盖板侧面均匀涂覆固化剂，然后进行热封装进行反应，在封口处高分子树脂材料和固化剂通过接触融合形成胶粘剂密封层，最终得到胶粘剂密封和机械密封相结合的封装结构，确保超级电容器具备优异的密封性，并且能够显著降低其在服役过程中的漏液比例。

优选地，所述在电芯外壳封口端的内部涂覆高分子树脂材料是在电芯外壳滚槽完毕后进行。

优选地，所述高分子树脂材料包括环氧树脂。

优选地，所述环氧树脂包括未取代的双酚A型环氧树脂、卤代双酚A型环氧树脂、双酚S环氧树脂、双酚F环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、芳香-脂环族环氧树脂、甘油环氧树脂、酚醛环氧树脂、胺基环氧树脂、丙烯酸环氧树脂或缩水甘油酯型环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述固化剂包括脂肪胺类化合物、脂环胺类化合物、芳香胺类化合物、聚酰胺类化合物、酸酐类化合物和叔胺类化合物中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述涂覆的宽度为2-4mm，例如可以为2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm、3mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm、4mm等。

在本发明中，通过调控涂覆的宽度，确保超级电容器内部具有良好的密封性和稳定性，有效防止电解液泄漏，宽度过窄或过宽均则可能导致密封性差，发生漏液现象。

优选地，所述热封装的温度为150℃～180℃，例如可以为150℃、160℃、170℃、180℃等；时间为1s～3s，例如可以为1s、1.5s、2s、2.5s、3s等。

优选地，所述热封装中形成的封装涂层的厚度为1μm-100μm，优选为20-50μm，例如可以为1μm、2μm、5μm、8μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm等。

在本发明中，通过调控形成的封装涂层的厚度，保证电容器的封口质量，实现有效的粘结及密封作用，厚度过小则封口不能有很好的致密效果，易导致电解液的泄露及水汽渗入电容器内，最终导致电容器失效。厚度过大不仅造成成本浪费、降低了超级电容器的能量密度，甚至由于封装涂层过厚，导致密封效果变差。

优选地，所述热封装后还依次包括铆接、注液和机械封装过程。

第二方面，本发明提供了一种超级电容器，所述超级电容器是由根据第一方面所述的超级电容器的封装方法制备得到的。

在本发明中，滚槽完毕后的电芯需要经过如下步骤所得：将活性材料、导电剂、粘接剂和溶剂通过搅拌或者熔融混合，然后经涂覆或者热压方式将其置于集流体上，最后经辊压、分条、裁片、焊接和卷绕等工序制成卷芯，将卷芯依次进行入壳和滚槽。而后将滚槽后电芯在外壳封口处的内部涂覆高分子树脂，盖板侧面涂覆固化剂，并依次经过铆接、入烘箱烘烤、注入电解液和封装处理。

优选地，所述超级电容器为圆柱型超级电容器。

在本发明中，圆柱型超级电容器的活性材料可以为活性炭、活性炭纤维、电容炭、石墨烯、碳纳米管或石墨及其他碳材料中的任意一种或者几种的混合物，其中活性炭材料的比表面积＞100m

在本发明中，上述各种材料的混合方式可以为搅拌机混合、球磨混合、砂磨机混合或者熔融混合；涂覆方式可以通过狭缝式挤压喷涂、刮刀式转移涂布或者热压成型；集流体主要包括普通铝箔、涂炭铝箔、刻蚀铝箔或炭布等。其中混合方式优选为搅拌机，涂覆方式为转移式涂布机，集流体优选为涂炭铝箔。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种超级电容器的封装方法，其通过在滚槽完毕的电芯外壳封口端的内部涂覆高分子树脂材料，并在盖板侧面均匀涂覆固化剂，然后进行热封装进行反应，在封口处高分子树脂材料和固化剂通过接触融合形成胶粘剂密封层，一方面上述封装结构能够增强壳体和密封盖之间的机械作用，另一方面，上述胶粘剂密封层能够加强密封效果，以此解决传统小型电容器封装漏液的技术问题。

附图说明

图1为实施例1中超级电容器的铝壳涂覆前后的示意图；

图2为实施例1中超级电容器的铝壳封装示意图。

具体实施方式

下面通过结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种超级电容器及其封装方法，所述方法包括以下步骤：

以水作为溶剂，将活性炭、导电炭黑、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶按照80:10:2:8的质量比在行星式搅拌机中搅拌混合制成电极浆料；然后使用转移式涂布机将上述浆料涂布到涂炭铝箔上制成电极片，经过辊压、分条、裁片、焊接、卷绕、入壳以及滚槽形成待封装电芯。

如图1-2所示，在电芯的铝外壳封口端的内部涂覆双酚A型环氧树脂，涂覆的厚度为30μm，涂覆的宽度为3mm，并在密封盖的侧面涂覆脂肪胺固化剂，将电芯的铝外壳与密封盖盖入真空烘箱在85℃下烘烤10min，而后在160℃下热封装2s形成厚度为25μm的封装涂层，然后进行铆接、注液和机械封装，得到所述超级电容器。

实施例2

本实施例提供了一种超级电容器及其封装方法，所述方法包括以下步骤：

以水作为溶剂，将活性炭、导电炭黑、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶按照80:10:2:8的质量比在行星式搅拌机中搅拌混合制成电极浆料；然后使用转移式涂布机将上述浆料涂布到涂炭铝箔上制成电极片，经过辊压、分条、裁片、焊接、卷绕、入壳以及滚槽形成待封装电芯。

在电芯的铝外壳封口端的内部涂覆双酚F型环氧树脂，涂覆的厚度为30μm，涂覆的宽度为3mm，并在密封盖的侧面涂覆聚酰胺固化剂，将电芯的铝外壳与密封盖盖入真空烘箱在85℃下烘烤10min，而后在160℃下热封装2s形成厚度为25μm的封装涂层，然后进行铆接、注液和机械封装，得到所述超级电容器。

实施例3

本实施例与实施例1的区别之处在于，涂覆的宽度为0.5mm，其他均与实施例1相同。

实施例4

本实施例与实施例1的区别之处在于，涂覆的宽度为8mm，其他均与实施例1相同。

实施例5

本实施例与实施例1的区别之处在于，封装涂层的厚度为0.5μm，其他均与实施例1相同。

实施例6

本实施例与实施例1的区别之处在于，将双酚A型环氧树脂替换为双酚F环氧树脂，其他均与实施例1相同。

对比例1

本对比例与实施例1的区别之处在于，仅进行机械封装，不进行在电芯的铝外壳封口端的内部涂覆双酚A型环氧树脂，并在密封盖的侧面涂覆脂肪胺固化剂，将电芯外壳与盖板进行热封装的处理，其他均与实施例1相同。

测试条件

将实施例1至实施例6以及对比例1提供的超级电容器进行测试，测试方法如下：

将上述超级电容器在65℃，2.7V下进行1500h高温浮充性能测试，检测最终漏液电芯比例。

测试结果如表1所示：

表1

由表1可以看出，在电芯外壳封口端的内部涂覆高分子树脂材料，且本发明通过调控涂覆的宽度为2～4mm，厚度为1～100μm，使得制备得到的超级电容器在65℃，2.7V下进行1500h高温浮充测试后均无漏液，涂覆该聚合物能够有效消除圆柱型超级电容器的虚封风险，显著提高了超级电容器的密封性，进而提高了超级电容器的使用寿命、可靠性和安全性，并且该工艺流程简单，易于生产。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。