专利名称：叠片式高电压超级电容器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种超级电容器，属于电化学双层超级电容器领域。
技术背景目前采用叠片工艺技术制作的超级电容器，主要采用炭炭极性电极和炭、金属氧化物极性电极如氧化镍等，无论采用何种极性电极，一般都是由粉末状材料加工而成，而电解质也多为氢氧化钾水溶液，这种技术在国内外比较成熟、价格较低、已经用在工业产品上。问题是这种电解质的工作电压较低一般在一伏电压下工作，因为这种电解质的电化学分解电压理论极限值为1.4伏，超过了这个电压，整个电容器工作体系就要被破坏。为了获取较高的工作电压，就必须将这些单体电压较低电容器内部串联形成高电压。这是国内外通常的做法。我们一般希望工作电压时300或400伏的工作电压，这样就必须将数百个单元串联，，每个电容器都有两个集电极、两个电极、两个隔膜加起来上千片不同材料进行组装，难度很大，电极材料是糊状的，集电极是金属状，隔膜是纸状，要经过高压力组装、高温老化、高强度密封等诸多工序才能完成产品。这里材料的一致性、加工模具得一致性、组装过程的一致性等等都会产生微小的差异，客观上形成了问题潜在因素。更为严重的是一旦形成了不一致性后将导致正反馈作用，不断的加大这种不一致性，最后可能某个电容器或某组电容器超过其最高工作电压而电容器内的电解质气化分解，爆裂、电解液溢出等许多问题。
电化学双层超级电容器，在高电压环境使用时，采用单体内串联方式可以节省体积和重量，增大比容量，但是由于上述的原因，采用内串联实现高额定电压的超级电容器，其电容器单体在制造过程中会存在容量一致性问题，而使用中常需要大电流充放电，当电容器中各单体容量偏差较大时，在充电时容量最小的电容器将首先达到额定电压。因此，如果不采取必要的均压措施，会引起某些电容器内部单体上电压较大而过压破坏，因此，电容器内部各单体之间的均压措施至关重要。
目前见诸报道的有关超级电容器均压技术，主要是在电容器单元外附加电路的方式进行的。比如，比较简单的是在每一个电容器单元旁边并联一个电阻，来控制整个单体的漏电流。这种方法有效地降低了各单体之间相应并联电阻的变化。但是，采用这种在单体外并联均压电阻的方法，会增大超级电容器体积，并且给器件的制造和封装带来了一定困难。另一种方法是电容器单元有源电路平衡法，采用这种方法，当有电压变化时，即进行互相平衡。这种方法可以降低单体上的任何额外负载，提高工作效率。但这使超级电容器制造成本过高，而且组合电容器体积庞大，推广和使用受到限制。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中采用的均压措施增大超级电容器体积，给封装和制造工艺带来一定难度的不足之处，提供一种结构简单，易于制造，具有高性能、高容量特点的超级电容器。本实用新型采用如下的技术方案
一种叠片式高电压超级电容器，由至少两个电容器单体串联叠层构成，每个电容器单体包括一对极性电极、设置在极性电极之间的隔膜和电解质溶液，在所述隔膜上设置有至少一个孔，孔内设置有膜电阻，膜电阻的两面分别与极性电极相接触。
极性电极可以是炭质极性电极。膜电阻最好为塑料电阻片，其阻值可在20Ω-800Ω之间，厚度在0.05-1mm之间。
组装后的超级电容器，单体个数可在2-1000之间。最好采用涂敷有防静电涂料的耐高压聚乙烯封装外壳，封装外壳的内部可填充高强度吸附材料。
本实用新型的叠片式高电压超级电容器，引入层间膜电阻，以有效克服多单体内串联高电压超级电容器的内部均压问题，此种内均压技术基本上不增大电容器均压前的体积和重量，并且具有结构简单，易于制造成高性能、高容量电容器的特点。能够制成在动力不间断电源上使用的超级电容器。
图1本实用新型采用的电绝缘隔膜形状示意图。
图2本实用新型采用的膜电阻形状示意图。
图3本实用新型的超级电容器的等效电路。
图4本实用新型的超级电容器的内部结构示意图。图中标号集电极1、炭质活性材料电极(炭质极性电极)2、多孔隔膜3、膜电阻4。
具体实施方式
本实用新型所提出的叠片式高电压超级电容器是一种双电层电容器，内部串联的每个单体具有两个重叠的电极层2，这两个电极层通过两层电绝缘隔离膜3分隔开。在两隔膜3中间打一定大小的孔洞(见附图1)，在孔洞处镶嵌阻值在20Ω-800Ω之间的膜电阻4(见附图2)。孔洞可以有不同的大小、形状，而且孔洞的数量也可以为两个或以上，孔洞的位置最好是在隔膜中央，但也可以是位于其他位置。
本实用新型所采用的膜电阻应当是一种如塑料电阻片之类的能够耐强酸碱腐蚀的膜电阻，置身电化学液体中间，组装时需要加10吨以上的外界压力、因此对抗压型、材料自身变形都有很高的要求，同时由于炭材料是处于黏糊状，在压力下自然形成填补隔膜所刻下的空隙。本实用新型电容器的优点是通过在单体内部隔膜处设置一电阻，在多单体内串联的大电压超级电容器内部，形成一阻容均压电路，其等效电路示意见附图3。
由于采用膜电阻镶嵌在孔洞处，该内均压技术基本上不增大电容器均压前的体积和重量。
为防止电解液溢出造成燃烧和短路，本实用新型还采用外封装用耐高压聚乙烯材料，并涂敷防静电涂料。为防止运输过程中机械冲击，还可以采用二次封装结构，即在内部树脂封装后，留有一定空隙，填充高强度吸附材料吸收泄漏气体。
本实用新型的叠片式高电压超级电容器的内部结构见附图4所示。采用本实用新型，可以制成额定电压为2V-1000V的超级电容器。
本实用新型采用炭炭极性电极和炭、金属氧化物极性电极如氧化镍、氧化钌等。
实施例1以镍箔为集电极1，以炭质活性物质为正、负极，即炭质极性电极2，100Ω膜电阻4镶嵌在多孔隔膜3的中央，组装成额定电压220V，法拉第容量3.5F的超级电容器。
实施例2以与实施例1相同的方法制备集电极1和炭质极性电极2以及多孔隔膜3和膜电阻4等。不同之处在于所用膜电阻4为200Ω，组装成额定电压400V，法拉第容量为1.5F。
实施例3以与实施例1相同的方法制备集电极1和炭质极性电极2以及多孔隔膜3和膜电阻4等。不同之处在于所用膜电阻4为400Ω，组装成额定电压500V，法拉第容量为1.0F。
实施例4以与实施例1相同的方法制备集电极1和炭质极性电极2以及多孔隔膜3和膜电阻4等。不同之处在于所用膜电阻4为300Ω，组装成额定电压600V，法拉第容量为0.7F。
实施例5以与实施例1相同的方法制备集电极1和炭质极性电极2以及多孔隔膜3和膜电阻4等。不同之处在于所用膜电阻4为300Ω，组装成额定电压1000V，法拉第容量为0.5F。
实施例6以与实施例1相同的方法制备集电极1和炭质极性电极2以及多孔隔膜3和膜电阻4等。不同之处在于所用膜电阻4为700Ω，组装成额定电压100V，法拉第容量为5.0F。
权利要求1.一种叠片式高电压超级电容器，由至少两个电容器单体串联叠层构成，每个电容器单体包括一对极性电极、设置在极性电极之间的隔膜和电解质溶液，其特征在于，在所述隔膜上设置有至少一个孔，孔内设置有膜电阻，膜电阻的两面分别与极性电极相接触。
2.根据权利要求1所述的叠片式高电压超级电容器，其特征在于，所述极性电极为炭质极性电极。
3.根据权利要求1所述的叠片式高电压超级电容器，其特征在于，所述膜电阻为塑料电阻片。
4.根据权利要求1所述的叠片式高电压超级电容器，其特征在于，所述膜电阻阻值在20Ω-800Ω之间。
5.根据权利要求1所述的叠片式高电压超级电容器，其特征在于，所述膜电阻的厚度在0.05-1mm之间。
6.根据权利要求1所述的叠片式高电压超级电容器，其特征在于，所述单体个数在2-1000之间。
7.根据权利要求1所述的叠片式高电压超级电容器，其特征在于，所述叠片式高电压超级电容器具有耐高压聚乙烯封装外壳，其上涂敷有防静电涂料。
8.根据权利要求1所述的叠片式高电压超级电容器，其特征在于，所述叠片式高电压超级电容器具有封装外壳，其内填充有高强度吸附材料。
专利摘要本实用新型涉及一种超级电容器。该超级电容器采用内部层叠串联模式，同时，引入层间膜电阻，以有效克服多单体内串联高电压超级电容器的内部均压问题。本实用新型的超级电容器结构简单，易于制造成高电压、大容量，高性能电容器。
文档编号H01M14/00GK2914283SQ200620026369
公开日2007年6月20日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者杨哲, 郭天瑛, 白昱 申请人:天津艾雷特科技发展有限公司