[发明专利]具有耐高加速度冲击的叠层式结构超级电容器及制备方法

说明书

本发明公开了属于电化学储能器件领域的一种具有耐高加速度冲击的叠层式结构超级电容器及制备方法。将集流体、电极膜、热熔胶、膈膜、紫外固化胶、热熔胶、电极膜和集流体依次叠合组成超级电容器单体层，将多个超级电容器单体层采用叠层式内部自串联的方式组装成叠层式结构超级电容器，并在上下两边焊接极耳，装入刚性外壳，灌密封胶密封，得到叠层式结构超级电容器完整器件。该超级电容器实现紧凑封装和供电电压的提升，封装完成后的器件不大于13mm*11mm*5mm，最高供电电压可达20V。经过树脂胶灌封的器件可耐受高达10万g的极端力学冲击，本发明有效解决了高加速度冲击环境的稳定供电难题，在炮弹引信等应用领域具有关键作用。

技术领域

本发明属于电化学储能器件领域，特别涉及一种具有耐高加速度冲击的叠层式结构超级电容器及制备方法。

背景技术

超级电容器是一种应用广泛的储能器件，具有功率密度大、低温性能好等显著特点，在许多应用领域具有独特的优势。例如，在炮弹引信领域，超级电容器可作为系统的核心电源器件，其高容量密度为引信体积的降低与功能的增强提供了技术途径，推动了引信技术向智能化阶段发展。但是，炮弹引信在工作模式下，将遭遇数万g甚至更高的高加速度强冲击，对其电源器件的强冲击稳定性提出了极高的要求。因此，迫切需要一种具有耐高加速度冲击特性的新型超级电容器，以满足炮弹引信领域对电源冲击可靠性的苛刻要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有耐高加速度冲击的叠层式结构超级电容器及制备方法，其特征在于，所述叠层式结构超级电容器是将集流体、电极膜、热熔胶、膈膜、紫外固化胶、热熔胶、电极膜和集流体依次叠合组成超级电容器单体层，然后将多个超级电容器单体层采用叠层式内部自串联的方式组装成叠层式结构超级电容器，并在上下两边焊接极耳，装入刚性外壳，灌密封胶密封，得到叠层式结构超级电容器完整器件。

所述电极膜为氧化钌电极薄膜，通过溶胶凝胶工艺制备，即选用高比容量的金属氧化钌作为电极材料，氧化钌电极材料与导电剂乙炔黑按照不同比例复合而成；以实现储能密度与功率密度的匹配

所述集流体以选用金属钛，以大幅提升器件的比容量和能量密度，满足器件长时供电的应用需求。

所述隔膜选用耐酸性TFDG聚四氟乙烯微孔滤膜，防止电极之间短路。

所述每个超级电容器单体层上下表面均为集流体，分别作为相邻超级电容器单体器件正负极，形成内部自串联；这种结构避免了外部接线的串联方式，在提高器件工作电压的同时，也减小了器件体积，器件电压可根据不同的需求，确定器件内超级电容器单体层的层数，具有很强的结构可扩展性。

一种具有耐高加速度冲击的叠层式结构超级电容器的制备方法，首先将集流体、电极膜、热熔胶、膈膜、紫外固化胶、热熔胶、电极膜和集流体依次叠合组成超级电容器单体层，然后将多个超级电容器单体层采用叠层式内部自串联的方式组装成叠层式结构超级电容器，并在上下两边焊接极耳，装入刚性外壳，灌密封胶密封，得到叠层式结构超级电容器完整器件；其特征在于，具体的加工工艺如下：

1)，为保持电极材料的活性，防止电解液溢出，封装前，在隔膜周围填涂紫外固化剂，曝光固化之后，通过隔膜的图形化可以限制电解液在隔膜中的流动，防止电解液的横向溢出，同时，层与层之间采用热熔胶进行加热固化密封，防止电解液的纵向贯通和溢出；整体结构采用树脂灌封和管壳封装的方法，进一步保持器件结构的密封性，也作为冲击瞬间的缓冲结构，最大程度地降低过载及恶劣应用环境对器件性能的影响；

2)，采用叠层式内部自串联的结构设计，有效提升小型超级电容器的工作电压与可靠性，采用叠层封装、隔膜图形化、热熔密封、树脂灌封的封装工艺，有效降低内部冗余空间，提高器件的密封性，同时，避免了冲击过程中局部应力过大导致的焊点失效、结构断裂造成的机械失效，而且也避免了高冲击载荷下外部导线及电路元件失效的可能；同时提升小型超级电容器的储能密度与抗冲击能力。