一种热分布均匀的特种车用的高容量混合型超级电容器

技术领域

本发明属于超级电容器领域，更具体的涉及一种热分布均匀的特种车用的高容量混合型超级电容器。

背景技术

超级电容器种类诸多，有固态超级电容器和双电层超级电容器等类型，但是超级电容器存在能量密度低，容量小的缺陷且体积相对较小。而在高功率、高能量应用场景下，高能量锂电池无法满足工况需要，而超级电容器倍率性能好，寿命长成为了适应该种应用场景。

宏观参数通常对超级电容器的电化学性能、热性能、安全性和寿命性能产生直接影响，这些参数包括电极基础箔材、活性材料、隔膜和极片尺寸及其位置等诸多因素都会对超级电容器的能量密度，容量，倍率性能及其寿命产生改变。

本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中发现了，改变超级电容器的宏观参数可以改善超级电容器的电性能，进而更适用于高能量、高功率的应用场景。

现有技术中，超级电容器大多为双电层超级电容器和混合型超级电容器，但尺寸通常为中小尺寸，其容量较低，无法满足诸如矿车、公交车，船舶等长期需要高功率充放电和高能量的工况要求，从而通过设计修正混合型超级电容器的宏观参数来满足相应需求。

因此，为了解决上述问题，本发明提供的一种热分布均匀的特种车用的高容量混合型超级电容器结构，不仅具有加大的电容器尺寸，还能够有效克服上述现有电容器所存在的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种热分布均匀的特种车用的高容量混合型超级电容器，所述混合型超级电容器的结构包括正极极片，负极极片，正极极耳，负极极耳，隔膜以及容器壳体。

作为一种优选的方案，所述正极极片与负极极片以及隔膜以负极片-隔膜-正极片的顺序进行循环叠片形成电池基体结构。

作为一种优选的方案，所述正极极片和负极极片的宽度为80～100mm；所述正极极片的长度为400～475mm；所述负极极片的长度为410～490mm；所述正极极片和负极极片以及隔膜形成的电池基体的厚度为6～12mm。

作为一种优选的方案，所述电池基体的负极极片端第一连接端，第一连接端处为负极极片留白处，所述负极极耳的端部与负极极片留白处固定连接；所述电池基体的正极极片端为第二连接端，第二连接端处为正极极片留白处，所述正极极耳的端部与正极极片留白处固定连接。

作为一种优选的方案，所述正极极耳与负极极耳的长度为50～80mm，宽度为10～30mm，厚度为0.3～0.6mm。

作为一种优选的方案，所述容器壳体通过嵌套方式包覆于第一连接端外部与第二连接端外部，正、负极极片留白处被包覆在容器壳体内部，所述正、负极极耳穿过容器壳体狭缝，延伸至外部。

作为一种优选的方案，所述正极极耳的外表面还涂覆有散热涂料；所述散热涂料为环氧树脂复合涂料。

作为一种优选的方案，所述环氧树脂复合涂料的成分至少包括5～50wt％的纳米石墨烯。

作为一种优选的方案，所述环氧树脂复合涂料，以质量份计，原料包括：环氧改性复合乳液80～120份，丙烯酸树脂10～50份，去离子水50～300份，功能助剂4～15份，纳米石墨烯30～80份。

作为一种优选的方案，所述功能助剂为消泡剂，流平剂以及抗氧剂。

作为一种优选的方案，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述抗氧剂为抗氧剂10系产品中的至少一种。

作为一种优选的方案，所述纳米石墨烯的平均粒径为100～500nm。

作为一种优选的方案，所述纳米石墨烯的平均粒径为150～250nm。

作为一种优选的方案，所述环氧改性复合乳液，以质量份计，包括以下成分：甲基丙烯酸甲酯100份，BA 50份，EA 15份，双环戊烯基丙烯酸酯3份，AEO 3份，过硫酸钠1份，丙酮80份，三乙醇胺1份，去离子水500份。

有益效果：

1.本发明提供的一种热分布均匀的特种车用的高容量混合型超级电容器，设计为较大尺寸，不仅满足了特种车的高能量要求，同时有效的解决了小尺寸混合型超级电容器的连接问题，更能满足锂离子电池所不能满足的高功率及快速充电的需求。

2.本发明提供的一种超长超级电容器，因为超级电容器的功率和倍率大，充放电电流大，特别是当超级电容器尺寸加长后，容量加大，相同倍率下的电流增大，造成超长单体明显，特别是靠近正极处产热加大，而本申请中通过特定自制的散热涂料的使用，有效避免了因为电容器尺寸过大而导致的正极极耳处快速且大量发热影响电容器性能的现象。

3.本发明提供的一种超长超级电容器通过增加自支撑壳体，有效避免了正、负极极耳与集流体留白处焊点对容器壳体的损坏，从而产生局部热失控现象。同时，对电芯的R角进行了保护，有效的规避了在大电芯在制备流转过程中R角受损掉碳，这同样会使得电芯发热不均和微短路。自支撑壳体同时对容器壳体产生支撑作用，使得容器壳体更加平整，有助于热量均匀分布。

附图说明

图1为本申请实施例1所得超级电容器单体的结构示意图。

图2为本申请实施例1所得超级电容器单体的正负极耳与容器壳体的结构示意图。

图3为本申请实施例1所得超级电容器的热场分布示意图。

图中：

1-正极极耳、2-负极极耳、3-电池基体、4-容器壳体。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

一种热分布均匀的特种车用的高容量混合型超级电容器，混合型超级电容器的结构包括正极极片，负极极片，正极极耳，负极极耳，隔膜以及容器壳体。

正极极片与负极极片以及隔膜以负极片-隔膜-正极片的顺序进行循环叠片形成电池基体结构。

正极极片和负极极片的宽度为95mm；所述正极极片的长度为420mm；所述负极极片的长度为435mm；所述正极极片和负极极片以及隔膜形成的电池基体的厚度为10mm。

电池基体的负极极片端第一连接端，第一连接端处为负极极片留白处，负极极耳的端部与负极极片留白处固定连接；电池基体的正极极片端为第二连接端，第二连接端处为正极极片留白处，正极极耳的端部与正极极片留白处固定连接。

正极极耳与负极极耳的长度为60mm，宽度为15mm，厚度为0.5mm。

自支撑壳体通过嵌套方式包覆于第一连接端外部与第二连接端外部，正、负极极片留白处被包覆在容器壳体内部，正、负极极耳穿过容器壳体狭缝，延伸至外部。

正极极耳的外表面还涂覆有散热涂料；散热涂料为环氧树脂复合涂料，以质量份计，成分包括：环氧改性复合乳液85份，丙烯酸树脂15份，去离子水200份，功能助剂9份，纳米石墨烯25份。

功能助剂为有机硅消泡剂3份，流平剂(迪高，TEGO Glide 100)3份以及抗氧剂1010 3份。

纳米石墨烯的平均粒径为200nm。

环氧改性复合乳液，以质量份计，包括以下成分：甲基丙烯酸甲酯100份，BA 50份，EA 15份，双环戊烯基丙烯酸酯3份，AEO 3份，过硫酸钠1份，丙酮80份，三乙醇胺1份，去离子水500份。

环氧改性复合乳液的制备方法，(1)将除双环戊烯基丙烯酸酯之外的所有原料混合，在60℃下搅拌反应3.5小时；(2)之后加入双环戊烯基丙烯酸酯，继续反应4.5小时，最后中和乳化，即得。

对比例1

本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：环氧改性复合乳液中不加入EA 15份，双环戊烯基丙烯酸酯3份。

对比例2

本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：纳米石墨烯为10份，纳米石墨烯的平均粒径450nm。

对比例3

本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：结构中无自支撑壳体

性能评价

超级电容器性能：125A电流充电至4.2V，125A电流放电至2.5V，循环3圈，测试出单体的容量，每个实施例对比例测试5个试样，测得的数值的平均值记入表1。

散热性能：使用红外热成像仪进行线性扫描测试温度场分布，每个实施例对比例测试5个试样，测得的数值的平均值记入表1。

交流内阻测试：使用交流内阻表，设置1kHz档位，正极笔连接正极耳，负极笔连接负极耳。

表1

通过实施例1～2、对比例1～2和表1可以得知，本发明提供的一种热分布均匀的特种车用的高容量混合型超级电容器，其具有现有技术中超级电容器所未有设计的整体尺寸，使其能够有效地应用于矿车等高功率需求的特种车辆或设备，满足了其长寿命，高功率，高能量的应用情况。提升的电容器尺寸，不仅可以有效降低单体集成时的用料成本，同样进一步提升了单体的容量和产生效率，并且通过在正极极耳处特定的散热涂料的涂覆，有效避免了因为电容器尺寸过大而导致的正极极耳处快速且大量发热影响电容器性能的现象。通过增加自支撑壳体，有效避免了正、负极极耳与集流体留白处焊点对容器壳体的损坏，从而产生局部热失控现象。同时，对电芯的R角进行了保护，有效的规避了在大电芯在制备流转过程中R角受损掉碳，这同样会使得电芯发热不均和微短路。自支撑壳体同时对容器壳体产生支撑作用，使得容器壳体更加平整，有助于热量均匀分布。