[发明专利]一种低内阻超级电容器电芯及制备工艺

说明书

一种低内阻超级电容器电芯的制备工艺由电极、隔膜卷绕而成，每层的电极都通过空白铝箔集流体作为电流引线与极耳相连，各层电极之间为并联结构。同时，该低内阻超级电容器通过卷绕工艺来得到类似叠片式超级电容器的电芯结构，以克服目前传统卷绕工艺制造出的超级电容器内阻高、叠片工艺虽然能得到低内阻电芯但工艺复杂的缺点，能够利用卷绕工艺的快速、容易控制的优点制造出低内阻、叠片结构的超级电容器电芯。

技术领域

本实发明属于超级电容器领域，具体涉及一种低内阻超级电容器电芯及制备工艺。

背景技术

超级电容器具有高功率性能，可以实现瞬时的充放电，被广泛用于瞬时动力启动、能量回收以及智能电网、新能源发电等领域。同时，与常用的电池相比，超级电容器还具有长寿命、高安全性和耐低温等优点，具有非常广阔的应用前景。

超级电容器的快速充放电性能与其内阻密切相关，很低的内阻才能保证超级电容器在不会产生很多热量的前提下实现对电能的快速吸纳和释放。除了电极材料、电解液等因素之外，超级电容器的内部结构也同样影响着内阻。目前，超级电容器的制作主要通过卷绕工艺来实现。即首先将电容炭、粘结剂、导电剂等与集流体制作成电极片，电极片上焊接上极耳后与隔膜卷绕在一起形成超级电容器的电芯，置入壳体并加注电解液后得到最终的超级电容器。极耳与电容器的正负极端子连接，从而实现内部电极的充放电。在这种电芯结构中，电极片与极耳的仅有一处连接点。当电容器容量较小时，由于电极片长度较小，整个电极片在充放电时极耳连接处上通过的电流较小，使用中不会有太大问题。但是对于大容量超级电容器，这种结构会导致很大的内阻，从而产生大量的焦耳热，影响超级电容器的使用效率和寿命，甚至带来安全隐患。

为了解决以上问题，往往采用多个极耳的内部电芯结构设计。文献Wei Zhao等，Effect of tab design on large-format Li-ion cell performance，Journal of PowerSources，257(2014)70-79，Ahmadou Samba等，Impact of Tab Location on Large FormatLithium-Ion Pouch Cell Based on Fully Coupled Tree-DimensionalElectrochemical-Thermal Modeling，Electrochimica Acta，147(2014)319–329。通过模拟设计，从理论上证明了采用多极耳的结构设计确实可以提高电极材料的利用率，并降低内阻减小产热。但是多极耳的结构在实际器件组装过程中往往难以实现，并且容易导致器件一致性差。并且极耳个数仍然难以满足实际的使用需要。申请号为201420009612.2(一种圆形全极耳超级电容器)的中国发明专利中提到采用多极耳的超级电容器，电芯的两端分别设有多个正极极耳和多个负极极耳，正极极耳均与底板相固定，负极极耳均与引出端子相固定。但是专利中并没有给出这种结构的具体制作以及连接方法，并且由于还额外需要引流体，制作工艺非常复杂。

超级电容器的除了卷绕工艺之外，还具有叠片工艺。即在电芯制作过程中提前将分成小片的电极片与隔膜层层折叠，按照电极与隔膜相间的方式叠放，直到容量达到最终要求。在这种结构中每个小电极片都与电容器正极或者负极端子连接，每个电极片之间都是并联的方式。故所得超级电容器内阻可以大幅度降低。但是与卷绕工艺相比，叠片式工艺由于操作复杂、生产控制繁琐、对操作人员要求高，往往产品合格率低下。

发明内容

本本发明的目的是提供一种内阻小、充放电速度快，制备简单、易操作，产品合格率高的超级电容器电芯的制造方法。

本发明超级电容器由电极、隔膜卷绕而成，每层的电极都通过空白铝箔集流体作为电流引线与极耳相连，各层电极之间为并联结构。同时，该低内阻超级电容器通过卷绕工艺来得到类似叠片式超级电容器的电芯结构，以克服目前传统卷绕工艺制造出的超级电容器内阻高、叠片工艺虽然能得到低内阻电芯但工艺复杂的缺点，能够利用卷绕工艺的快速、容易控制的优点制造出低内阻、叠片结构的超级电容器电芯。