一种外壳及使用该外壳的超级电容、电容器组的制作方法

一种外壳及使用该外壳的超级电容、电容器组的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种外壳及使用该外壳的超级电容、电容器组。
【背景技术】
[0002]锂离子电容器是一种新型储能器件，锂离子电容器的工作电压可以与锂离子电池相媲美，但电容器的能量密度远高于锂电池；相比锂离子电池，锂离子电容器的安全性也更高，充电放电速度更快，充放电循环次数可达几十万次。在太阳能发电风力发电、电动汽车、不间断电源系统(UPS)、建设工程电梯等领域中，展示了很好的应用前景。目前，锂离子超级电容采用的多为圆形或者方形的外观，这种外形的锂离子超级电容要么使得电容器组内电容器单体之间的相对位置不稳定，要么使得电容器组中电容器单体的数量较少、散热效果差，并且对于正负极片及其材料采用的结构及其制备方法没有过多的考虑其安全和耐用性。
[0003]中国专利文献CN101937977A (公布日为2011年I月5日)公开了一种正六方柱形电池壳的制造方法，其中所涉及的电池壳的外形为正六棱柱状，即电池壳的横截面为正六方形，这样在电池箱内用多个电池单体组合成电池组后，电池单体在电池箱内呈蜂窝状布置，从而可充分利用电池箱内空间，并保证电池单体在电池箱内位置稳定。但电池单体在电池箱内的密集排布又会使得电池单体的散热不畅，即电池单体之间缺少必要的散热通道，以致电池单体在使用过程中散热的热量持续滞留在电池箱内，这样不但会影响整个电池组的供电性能，而且也会降低电池单体的使用寿命，造成整个电池组供电不稳定和使用寿命短的缺陷。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种提高储能装置中单体之间的散热性能的外壳，同时本发明还提供了一种使用该外壳的超级电容及使用该超级电容的电容器组。
[0005]为了实现以上目的，本发明中外壳的技术方案如下:
外壳，包括柱状的壳体，壳体的外周上具有三个以上沿周向布置的侧平面，相邻两侧平面呈角形布置，相邻两侧平面通过沿壳体轴向延伸的倒角切面或圆角弧面过渡连接。
[0006]相邻两侧平面通过圆角弧面过渡连接，圆角弧面为向壳体外凸起的外凸弧面。
[0007]壳体的横截面为顶点呈倒角或圆角的正多边形。
[0008]本发明中超级电容的技术方案如下:
超级电容，包括外壳及其内设置的芯体，外壳包括柱状的壳体，壳体的外周上具有三个以上沿周向布置的侧平面，相邻两侧平面呈角形布置，相邻两侧平面通过沿壳体轴向延伸的倒角切面或圆角弧面过渡连接。
[0009]邻两侧平面通过圆角弧面过渡连接，圆角弧面为向壳体外凸起的外凸弧面。
[0010]壳体的端部内止旋装配有盖设在芯体上的绝缘板，绝缘板上止旋装配有与芯体导电连接的电极柱，电极柱上密封套装有封盖在壳体端部的端盖。
[0011]芯体包括依次叠置的负极集流体、负极材料层、锂粉层、隔膜层、正极材料层及正极集流体，锂粉层由负极材料层上先涂覆后滚压的锂粉形成。
[0012]负极集流体的部分为两侧对称布置负极材料层、锂粉层的极芯部分，极芯部位及其上的负极材料层、锂粉层组成负极单元，负极单元处于隔膜囊中，且所述隔膜层为隔膜囊的囊壁；负极集流体的其余部分为处于极芯部位一侧的电极部分，电极部分从隔膜囊中伸出。
[0013]本发明中电容器组的技术方案如下:
电容器组，包括箱体及其内设置的电容单体，电容单体包括外壳及其内设置的芯体，夕卜壳包括柱状的壳体，壳体的外周上具有三个以上沿周向布置的侧平面，相邻两侧平面呈角形布置，相邻两侧平面通过沿壳体轴向延伸的倒角切面或圆角弧面过渡连接，所述倒角切面或圆角弧面在相邻电容单体之间或电容单体与箱体的内壁面围成上下贯通的散热通道。
[0014]相邻两侧平面通过圆角弧面过渡连接，圆角弧面为向壳体外凸起的外凸弧面。
[0015]本发明中超级电容的壳体相邻两侧平面通过沿壳体轴向延伸的倒角切面或圆角弧面过渡连接，使得超级电容作为电容单体在箱体内由所述倒角切面或圆角弧面在相邻电容单体之间或电容单体与箱体的内壁面围成上下贯通的散热通道。这样在通过电容单体组合形成电容器组的过程中，电容单体的壳体外周上的侧平面能够保证箱体内电容单体面接触配合，保证各电容单体的相对位置稳定，多个侧平面的设置又能够保证箱体内电容单体的排布数量较多，而相邻侧平面之间的倒角切面或圆角弧面使得电池单体产生的热量能够通过散热通道散出，这样就避免了电池单体在工作中产生的热量在电池单体之间聚集，因此本发明中超级电容的壳体在保证电容单体在箱体内安装可靠的情况下，提高了电容单体之间的散热性能。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的电容器组的实施例中电容单体的立体结构示意图；
图2是图1的主视图；
图3是图2中芯体的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明中电容器组的实施例:如图1至图3所示，该电容器组包括箱体及其内设置的电容单体，电容单体在箱体内呈蜂窝状拼接，且各个电容单体为结构相同的超级电容，该超级电容的外壳主要由壳体1、端盖2、电极柱4、绝缘圈7、紧固螺母8组成，其中壳体I为空心柱体，壳体I的外周面是由六个侧平面和六个圆角弧面围成，圆角弧面和侧平面在壳体周向上交替布置，即圆角弧面过渡连接在相邻两侧平面之间，以使壳体I的横截面为六角为外凸圆角的正六边形，这种壳体使得电容单体在相互组合后，侧平面之间的面接触配合能够保证在小空间内电容单体之间的位置相对固定，而圆角弧面在在相邻电容单体之间或电容单体与箱体的内壁面围成上下贯通的散热通道，加快电容单体间热量的散发速度。电极柱4外圈有螺纹，可用于连接外部用电器，电极柱4依靠底部的螺母8紧固与端盖2上，电极柱4和螺母8依靠绝缘圈7与端盖绝缘。端盖2和壳体I为焊接连接，且端盖2密封上壳体I的端口。
[0018]超级电容的内部结构由正极集流体15、负极集流体14及其对应材料和隔膜囊组成的芯体6、绝缘板3、橡胶密封圈5组成。其中芯体6由依次叠置的负极集流体14、负极材料层10、锂粉层12、隔膜囊16、正极材料层13 、正极集流体15组成。在进行超级电容内部结构的制造时，正极材料层13涂覆在正极集流体15上，负极材料层10涂覆在负极集流体14上，此种结构与大多数超级电容的芯体类似，不同之处在于:先采用喷涂方式将锂粉均匀涂覆在负极材料层10表面上，锂粉的厚度依据不同的工艺需求涂覆5—25 μ m ;喷涂之后进行滚压，使锂粉能够和负极材料层10合理粘合，而在负极材料层10的表面上形成一层锂粉层12。滚压后的锂粉层12、负极材料层10和负极集流体14组成负极单体，负极单体中负极集流体14的附着有锂粉层12和负极材料层10的部分为极芯部分、其余未附着锂粉层12和负极材料层10的部分为电极部分，其中负极单元的负极集流体14的极芯部分对应部位整体放入隔膜囊16中，隔膜囊16三边闭合，宽度多出负极材料10的涂覆宽度，在与负极集流体14的电极部分接触的地方收紧。
[0019]正极集流体15和负极集流体14按照上述方式制备之后，依据图3所示顺序逐层叠放，叠放之后卷绕为六边形结构，正极集流体15和负极集流体14对应正负极电极进行焊接。焊接完毕后，放入壳体I中，盖上绝缘板3，绝缘板3外围采用六边形设计，可以适配放入壳体I内腔中，绝缘板3中间为镂空四边形设计，电极4下端面同样采用四边形设计，这样可以防止螺母8在紧固过冲中电极4的转动。之后盖上带有绝缘圈7的端盖2，电极4从绝缘圈7中间的孔伸出，套上紧固螺母8拧紧使橡胶密封圈5产生压缩从而起到密封作用。
[0020]这样的工艺，可以防止锂粉12在电池制作和运输的过程中从负极材料10上面掉落，由于锂粉12有较强的活泼性，这样可以防止电池产生短路、自燃等情况，提高了本发明的安全性。同时由于防止了锂粉12的掉落，对于锂离子电容器的性能稳定性有所提升，故而提升了本发明的耐用性。
[0021]本实施例中超级电容的壳体采用了六边形带大弧度圆角的外形设计，对于超级电容器在应用上大都是几十个上百个作为一个电容器组而应用，并且在应用过程中会产生大量的热量，采用六边形的结构，既最大程度的利用了空间，大弧度的圆角设计形成了气流通道，能够提高散热水平。负极片采用了表面喷涂纯锂粉的制备工艺，此种工艺对于电容器生产来讲容易实现量产，所需设备和锂离子电池的设备多数可以通用，减少了生产制造的难度和投入成本。负极单元上采用了隔膜制成的囊包裹的结构，由于锂具有易燃的特性，故采用隔膜囊包裹负极材料及锂粉，可以极大提高电容的安全性，同时由于锂包裹于囊中，不会在生产和运输过程中散失，故提高了电容的耐用性。
[0022]在上述实施例中，壳体采用正六方柱体，在其他实施例中，壳体也可以采用四方形、三边形、五边形等。
[0023]本发明中超级电容的实施例:本实施例中超级电容的结构与上述实施例中超级电容的结构相同，因此不再赘述。
[0024]本发明中外壳的实施例:本实施例中外壳的结构与上述实施例中超级电容的外壳的结构相同，因此不再赘述。
【主权项】
1.外壳，包括柱状的壳体，壳体的外周上具有三个以上沿周向布置的侧平面，相邻两侧平面呈角形布置，其特征在于，相邻两侧平面通过沿壳体轴向延伸的倒角切面或圆角弧面过渡连接。2.根据权利要求1所述的外壳，其特征在于，相邻两侧平面通过圆角弧面过渡连接，圆角弧面为向壳体外凸起的外凸弧面。3.根据权利要求1或2所述的外壳，其特征在于，壳体的横截面为顶点呈倒角或圆角的正多边形。4.超级电容，包括外壳及其内设置的芯体，外壳包括柱状的壳体，壳体的外周上具有三个以上沿周向布置的侧平面，相邻两侧平面呈角形布置，其特征在于，相邻两侧平面通过沿壳体轴向延伸的倒角切面或圆角弧面过渡连接。5.根据权利要求4所述的超级电容，其特征在于，邻两侧平面通过圆角弧面过渡连接，圆角弧面为向壳体外凸起的外凸弧面。6.根据权利要求4所述的超级电容，其特征在于，壳体的端部内止旋装配有盖设在芯体上的绝缘板，绝缘板上止旋装配有与芯体导电连接的电极柱，电极柱上密封套装有封盖在壳体端部的端盖。7.根据权利要求4或5或6所述的超级电容，其特征在于，芯体包括依次叠置的负极集流体、负极材料层、锂粉层、隔膜层、正极材料层及正极集流体，锂粉层由负极材料层上先涂覆后滚压的锂粉形成。8.根据权利要求4或5或6所述的超级电容，其特征在于，负极集流体的部分为两侧对称布置负极材料层、锂粉层的极芯部分，极芯部位及其上的负极材料层、锂粉层组成负极单元，负极单元处于隔膜囊中，且所述隔膜层为隔膜囊的囊壁；负极集流体的其余部分为处于极芯部位一侧的电极部分，电极部分从隔膜囊中伸出。9.电容器组，包括箱体及其内设置的电容单体，电容单体包括外壳及其内设置的芯体，外壳包括柱状的壳体，壳体的外周上具有三个以上沿周向布置的侧平面，相邻两侧平面呈角形布置，其特征在于，相邻两侧平面通过沿壳体轴向延伸的倒角切面或圆角弧面过渡连接，所述倒角切面或圆角弧面在相邻电容单体之间或电容单体与箱体的内壁面围成上下贯通的散热通道。10.根据权利要求9所述的电容器组，其特征在于，相邻两侧平面通过圆角弧面过渡连接，圆角弧面为向壳体外凸起的外凸弧面。
【专利摘要】本发明公开了一种外壳及使用该外壳的超级电容、电容器组。超级电容的壳体相邻两侧平面通过沿壳体轴向延伸的倒角切面或圆角弧面过渡连接，使得超级电容作为电容单体在箱体内由所述倒角切面或圆角弧面在相邻电容单体之间或电容单体与箱体的内壁面围成上下贯通的散热通道。这样在通过电容单体组合形成电容器组的过程中，电容单体的壳体外周上的侧平面能够保证箱体内电容单体面接触配合，保证各电容单体的相对位置稳定，而相邻侧平面之间的倒角切面或圆角弧面使得电池单体产生的热量能够通过散热通道散出，这样就避免了电池单体在工作中产生的热量在电池单体之间聚集。
【IPC分类】H01G11/78, H01G11/18, H01G11/82
【公开号】CN104882290
【申请号】CN201510307676
【发明人】李少军, 周志勇, 李洪涛, 平丽娜
【申请人】中航锂电（洛阳）有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月8日