CN103021660A - 一种高性能的铝电解电容器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高性能的铝电解电容器，包括有电芯、电解液、外壳、盖板、绝缘外套、以及夹持电芯的电芯压片；其中，电容整体呈扁平状、所述电芯设计成扁平状，其数量为复数个。本发明创作电芯结构采用平面叠层片式化设计，叠片结构采用负极箔片与电解纸连续卷绕工艺，正极箔片则平行叠进负极箔片与电解纸形成的连续包围层环境中，实现正负电极多极耳引出的低阻抗设计，从而较传统圆柱型铝电解电容器的性能高，安全可靠。

Description

一种高性能的铝电解电容器及其制造方法

技术领域

本发明涉及储存电荷的铝电解电容器技术领域，尤其涉及一种高性能的铝电解电容器及其制造方法，其可用于大功率的电器设备，如：风电变流器、高压变频器、直流补偿以及储能焊机等。

背景技术

目前，传统方式制造的铝电解电容器由于卷绕技术与封装技术的限制，已知最大单体尺寸为ф100mm×H260mm，400VDC时最大电容量上限为22000UF。铝电解电容器体积越大，散热就成了一个必须面对的问题，铝电解电容器发热是由于自身阻抗功率发热和漏电电流引起电化学发热。目前这两个问题在铝电解电容器中实际存在。理论上一个功能完好的铝电解电容器，寿命长短直接的原因由于高温使电极板电化学过程加快，缩短电极板极化时间。

现有技术中，所有大型铝电解电容器制作都为圆柱体形貌，圆柱直径过大时热阻很大，散热不科学，中心容易过热造成电容的局部寿命热衰竭，如中国专利第201020269753.X公开的电容器，其设计成圆柱体形貌，包括有实心结构的芯包以及包覆芯包的铝壳，其散热面积以及散热功能不好，电容器发热芯包膨胀容易发生危险。发热是电解电容器使用中不可忽视的因素，而现有技术中的圆柱体形貌铝电解电容器散热性差，圆柱式电容直径越大越不安全，目前应对的方法是通过提高正箔耐压，改良电解液高温稳定性以进行改善，然而，这些方法在一定上提高了产品的成本，并且效果并不理想。

故，针对目前现有技术存在的问题，亟需提供一方案，以解决现有铝电解电容器散热性不好的问题，进而提供一种性能好，安全可靠的高性能的铝电解电容器。

发明内容

本发明创作实施例的目的在于提供一种高性能的铝电解电容器及其制造方法，其可用于大功率的电器设备，性能好，安全可靠。

本发明实施例是这样实现的，一种高性能的铝电解电容器，包括有电芯、电解液、外壳、盖板、绝缘外套、以及夹持电芯的电芯压片；其中，所述电芯设计成扁平状，其数量为复数个。

本发明另一技术方案为，提供一种高性能铝电解电容器的制造方法，包括如下步骤：

制作电芯，把材料切成一定宽度的带状长条并收卷成圆饼状，通过一长方型片式卷针进行卷绕；其中，先将负极箔片和电解纸先预卷若干，同时负极箔片铆接上第一对负极极耳，预卷部分累计到一定大小时，预卷部分与电解纸和负极箔片形成0～180以内的夹角，正极箔片在铆接好正极极耳后裁断，并叠入预卷夹角直角边面；所述负极箔片以及电解纸在气缸或凸轮的作用下压下包住正极箔片，并旋转180°，而后重复执行铆接正极箔片、裁断、旋转这个动作，根据电芯的大小需求循环地进行卷绕，最后裁断负极箔片和电解纸，并用电子粘胶带多位置胶封固定，制得单个电芯；

在制作得一定的数量的电芯后，采用电芯压片将复数个电芯压型固定，放入热烤箱除湿处理，而后放入气压；

进行外壳封装，并进行封装后充电老化处理以得到完整的铝电解电容器

在本发明创作电芯结构采用平面叠层片式化设计，叠片结构采用负极箔片与电解纸连续卷绕，正极箔片则平行叠进负极箔片与电解纸形成的连续包围环境中，从而较传统铝电解电容器的性能高，安全可靠。

附图说明

图1是传统带状电极与卷绕芯包示意图。

图2是本发明高性能的铝电解电容器示意图。

图3是本发明高性能的铝电解电容器的电芯图示。

图4是本发明高性能的铝电解电容器的电芯卷绕示意图。

图5是本发明高新能的铝电解电容器的帕状叠片及电极示意图。

图6是本发明高性能的铝电解电容器的电芯压片的结构示意图。

具体实施方式

为了使本创作的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本创作进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图2-图4所示，本发明创作高性能的铝电解电容器100包括有电芯1、电解液(未图示)、外壳2以及盖板3；其中，还包括有夹持电芯的电芯压片4；所述电芯1设计成扁平状，其数量为复数个；如图6所示，所述电芯压片4由弹性钢片制成；在本实施例中，所述电芯压片4为“几”字形状。

所述电芯1包括有正极箔片10、铆接于正极箔片10上的正极耳100、负极箔片11、铆接于负极箔片11上的负极耳110、以及电解纸12。其中，正极箔片10为独立的单片设计，其形状与扁平电芯1的结构相适配，一个电芯1包括有复数片独立的正极箔片10；而负极箔片11以及电解纸12均为长条片状设计，一个电芯1仅包括有一长条片负极箔片11以及一长条片电解纸12。正极箔片10采用多片叠层并独立引出正极耳100，这样使得电荷路径低阻抗化，发热降低。所述电芯的复数个正极箔片的复数个正极极耳独立引出，叠合铆接于盖板。

其中，负极箔片11与电解纸12为不中断的连续绕制，正极箔片10则是铆接好正极耳100后置入电解纸12的夹层之中，即：在连续卷绕过程中，当电解纸12与负极箔片11绕过后，在水平线方向时，放置上一片铆好正极耳100的正极箔片10；当电解纸12与负极箔片11绕过一圈再次在水平线方向时，再放置上一片铆好正极耳100的正极箔片10，如此不停绕制，当叠入设计数量的铆好正极耳的正极箔片10后，电解纸12与负极箔片11继续卷绕一定长度后，实施捆包短路刷选处理，这样一个流程就制作成完整的一个电芯1。电芯1制作好后经过干燥处理，对干燥处理好的电芯投入电解液注入设施注入若干电解液处理，电芯1注入电解液后经过装配、封装、电极赋能、测试处理后即可具有独立的储存电荷功能。

电芯1最少有1对以上极耳，在有明确正负极的情况下，正极箔片10设计入片数为一片以上，入片总数上不封顶。本发明实施例为10对极耳，正极入片数为10片，负箔和电解纸为连续性卷绕而成。本发明实施例中，按10对极耳，入片数10片来计，实际单个电芯厚度为3～5mm。

本发明实施例中，电芯设计有1对以上电极引出条、有正极性要求时每层正电极叠片单独引出，电芯结构采用平面叠层片式化设计，叠片结构采用负极箔片与电解纸连续卷绕，正极箔片则平行叠进负极箔片与电解纸形成的连续包围环境中，从而较传统铝电解电容器的性能高，同时简化了制造过程，并能采用自动化卷绕入片设备进行生产。

参照图5所示，本创作正极箔片10呈帕状比传统长带状电极(如图1)具有更小的电流路径、电极板方阻更小，其中箭头方向为电流路径。蓄电核心采用1个以上数量的电芯单元设计、电荷进出路径低阻抗化，10对以上正负电极引出条、且每层正电极叠片单独引出，卷绕结构上采用扁平化设计，叠片结构采用负极箔片与电解纸连续卷绕，正极箔片10则平行叠进负箔11与电解纸12形成的连续包围圈之中，较传统铝电解电容器的性能高，同时简化制造过程，并能采用自动化卷绕设备生产实现。其中，电芯数量、体积的大小、外形随容量、耐压高低、环境的具体条件可进行具体量化设计。

目前传统方式制造的电容器由于卷绕技术与封装技术的限制，最大单体尺寸为ф100mm x H260mm，例如400VDC最大容量上限为22000UF。而本创作采用叠层电容结构，叠层电容容量由叠层的大小与多少决定有效容值大小，只要将材料面积足够大、叠层数无限叠层，即可以使单体电容器容量无上限，满足一切大容量应用场合，技术实现没有上限。

本发明高性能铝电解电容器的制造方法包括如下步骤：

制作电芯，把材料切成一定宽度的带状长条并收卷成圆饼状，通过通过一长方型片式卷针进行卷绕；首先将负极箔片和电解纸先预卷若干，同时负极箔片铆接上第一对负极极耳，起卷角度自水平角度开始，预卷部分累计到一定大小时，预卷部分与电解纸和箔形成0～180以内的夹角，正极箔片在铆接好正极极耳后剪刀裁断，并叠入预卷夹角直角边面，其中正极极耳的铆接位置距离剪刀裁断截面一定距离。所述负极箔片以及电解纸在气缸或凸轮的作用下压下包住正极箔片，并旋转180°，而后重复执行铆接正极箔片、裁断、旋转这个动作。卷绕的负极箔片亦预先在负极极耳铆接机构的连续工作下，预铆接负极极耳。负极极耳铆接位置视产品大小调整，而极耳数量视产品大小对应调整。根据电芯的大小需求循环地进行卷绕，最后裁断负极箔片和电解纸，并用电子粘胶带多位置胶封固定，防止散包，制得一个电芯。

在制作得一定的数量的电芯后，采用电芯压片4将复数个电芯压型固定，放入热烤箱除湿处理，一定时间后，放入气压可调的容器中注入电解液，经过若干时间后，取出，铆接盖板，测量接触效果。

进行外壳封装，并进行封装后充电老化处理以得到完整的铝电解电容器。

本创作铝电解电容器结构与扁片电芯相一致，其基本型貌为扁平状，电极端子为螺栓连接方式，电容器横截面为椭圆环型或者为大R角的规则多边型。扁平化有利于蓄电单元低热阻阻抗，电容器的热点为中心线位置，散热路径为中心向外传导散热，经过实验，同容量的两种电容，扁平式结构电容器与传统的圆柱状铝电解电容器相比，圆柱状的电容器热阻路径较扁平体结构电容的热阻大一倍以上，在电容器高度不变，截面积不变，散热结构展开为长条状时，圆柱状的电容器的热路径成倍的减小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高性能的铝电解电容器，包括有电芯、电解液、外壳、绝缘外套以及盖板，其特征在于：还包括有夹持电芯的电芯压片；其中，所述电芯设计成扁平状，其数量为复数个。

2.如权利要求1所述的高性能的铝电解电容器，其特征在于：所述电芯包括有正极箔片、铆接于正极箔片上的正极耳、负极箔片、铆接于负极箔片上的负极耳、以及电解纸。

3.如权利要求2所述的高性能的铝电解电容器，其特征在于：所述正极箔片为独立的单片设计，其形状与扁平电芯的机构相适配，一个电芯包括有复数片独立的正极箔片，该正极箔片采用多片叠层并独立引出正极极耳。

4.如权利要求3所述的高性能的铝电解电容器，所述电芯的复数个正极箔片的复数个正极极耳独立引出，叠合铆接于盖板。

5.如权利要求3所述的高性能的铝电解电容器，其特征在于：所述负极箔片以及电解纸均为长条片状设计，一个电芯仅包括有一长条片负极箔片以及一长条片电解纸。

6.如权利要求5所述的高性能的铝电解电容器，其特征在于：所述电芯设计有1对以上电极引出条，电芯结构采用平面叠层片式设计，该平面叠层片式系采用负极箔片与电解纸连续卷绕，而正极箔片则平行叠进负极箔片与电解纸形成的连续包围中。

7.如权利要求6所述的高性能的铝电解电容器，其特征在于：该铝电解电容器结构为扁平状，其横截面为椭圆环型或者为大R角的规则多边型。

8.一种高性能铝电解电容器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

制作电芯，把材料切成一定宽度的带状长条并收卷成圆饼状，通过一长方型片式卷针进行卷绕；其中，先将负极箔片和电解纸先预卷若干，同时负极箔片铆接上第一对负极极耳，预卷部分累计到一定大小时，预卷部分与电解纸和负极箔片形成0～180以内的夹角，正极箔片在铆接好正极极耳后裁断，并叠入预卷夹角直角边面；所述负极箔片以及电解纸在气缸或凸轮的作用下压下包住正极箔片，并旋转180°，而后重复执行铆接正极箔片、裁断、旋转这个动作，根据电芯的大小需求循环地进行卷绕，最后裁断负极箔片和电解纸，并用电子粘胶带多位置胶封固定，制得单个电芯；

在制作得一定的数量的电芯后，采用电芯压片将复数个电芯压型固定，放入热烤箱除湿处理，而后放入气压；

进行外壳封装，并进行封装后充电老化处理以得到完整的铝电解电容器。

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