一种半灌封的导针型电容器的制作方法
本发明涉及超级电容领域，具体涉及一种半灌封的导针型电容器。
背景技术：
1、传统的电表、水表、燃气表、蒸汽表、流量表等行业通常采用多级采集方式进行远程数据传输，这种方式涉及到大量的施工及辅材，随着计费户数的增加，需要采用更复杂的两级采集模式，这不仅增加了成本，而且降低了系统的可靠性和维护效率。近年来，随着nb-iot网络的商用化，智能表计行业开始采用直接联网的方式，每块智能表内置通信模块，实现了计费和通信功能的集成。这一转变使得超级电容器的应用成为可能，利用其大功率放电、快速充放电特性、宽温区、安全环保和长寿命的特点，超级电容器成为了智能表计领域的重要组件。然而，在实际应用中，超级电容器面临着一些挑战。用户对产品的要求不断提高，特别是在高温(从常规的65℃提高到85℃)和高温高湿(85℃和85％相对湿度)环境下工作的需求，以及长达16年甚至20年的寿命要求。超级电容器在这些条件下使用时，可能出现容量衰减、内阻增大、漏液等问题。此外，超级电容器在工作中不可避免地会产生气体，特别是电容器使用的初始阶段，杂质水的快速电解产生的氢气会导致电容器内部气压增大，随着时间的延长，气体积累会使内部压力进一步增加。在高温85℃的条件下，这种压力增加尤为明显，当内压达到一定程度时，可能会导致两种情况：一是泄压阀打开，电解液挥发干涸进而失效；二是由于密封不良导致超级电容器封口边缘或导针处出现漏液。现有的密封方法主要包括采用胶塞并通过滚槽压缩进行密封，以及在胶塞顶部设置封装槽，并填充封口胶，如申请号为cn202121633986.8公开了一种单束颈内翻封口灌封的导针型超级电容器，包括外壳、卷芯、胶塞、正极导针和负极导针，通过束腰槽挤压胶塞并设置封口胶对外壳、胶塞、正极导针和负极导针之间的通道进行填充，以消除超级电容器因封口不良而导致的边缘及针脚漏液的现象。尽管这些方法在一定程度上解决了密封问题，但在高温或高温高湿环境下长时间使用时，仍可能出现密封不良导致的漏液问题，或者因为高密封无泄压机制，导致泄压阀提前打开而失效。
技术实现思路
1、本发明意在提供一种半灌封的导针型电容器，以避免在使用过程中，电容器因内压过大而提前失效的问题。
2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种半灌封的导针型电容器，包括壳体和电芯，壳体包括外壳和胶塞，电芯包括卷芯和导针，卷芯位于外壳内，外壳的顶端为敞口端，胶塞位于卷芯的顶部，卷芯设置在壳体内，胶塞对敞口端进行密封，导针的自由端穿出胶塞；氢气能从导针与胶塞之间泄出。
3、本方案的有益效果为：1.对于电容器而言，电容器内压升高的主要因素为：初期阶段杂质水的快速电解，产生氢气和氧气，其中氢气和氧气的体积比为2:1，导致电容器内压快速升高，本方案通过在胶塞和导针之间预留供氢气通过的通道，通道尺寸大于氢分子的尺寸，当电解液中的杂质水发生电解时，电解产生的氢气可通过通道溢出，通过通道将初期产生的氢气导出，减少电容器内的气体聚集，避免电容器内压力过高，避免内压力过大，导致泄压阀打开，进而导致电解液过渡挥发等问题；2.如果不通过预留的通道使得氢气溢出，氢气和氧气混合存放在电容器中，构成了潜在的火灾隐患；3.另外当使用环境的温度升高，气体的体积发生膨胀，使得电容器内压升高，如果电容器内部产生的气体不能及时释放，电容器内压将持续升高，直至将泄压阀提前打开而失效，或将密封顶开，导致漏液，本技术通过导针和胶塞之间预留供氢气通过的通道，使得电容器内产生的氢气通过预留的通道排出，以避免电容器内产生的氢气对电容器产生影响，提高了电容器的可靠性。
4、进一步，导针包括正极导针和负极导针，正极导针和负极导针均穿过胶塞，正极导针或负极导针与胶塞之间设置有点胶。
5、有益效果：将其中一个导针与胶塞通过点胶连接，增强了电芯与胶塞连接强度，从而避免在运输或使用过程中，导针与胶塞因震动发生位移，导致胶塞或导针发生磨损，引发漏液等问题，同时，也可避免因导针多次插拔，导致的导针与胶塞之间的连接不稳定、金属疲劳乃至脱落等问题；以及因导针的插入和拔出影响电极的有效接触面积，从而影响电容器的电阻等问题。
6、进一步，壳体开口端向壳体内设置有卷边，卷边与胶塞之间预留有间隙，还包括灌封胶，灌封胶由间隙灌入卷边下方与胶塞和壳体固定连接。
7、有益效果：1.通过间隙形成灌封位，从而将灌封胶灌入卷边下方，进而通过灌封胶将壳体与胶塞固定连接，增强胶塞与壳体之间的连接强度，加强整体性；2.灌封胶位于卷边的下方，通过卷边对灌封胶进行保护，可避免在运输或使用过程中，灌封胶发生磨损，降低胶塞与壳体的连接强度；3.当胶塞边缘与外壳之间设置有灌封胶，一个导针与胶塞之间设置有点胶，当电容器内的杂质水电解产生氢气和氧气时，氢气和氧气仅能通过未设置点胶的导针与胶塞之间的通道溢出，提高了预留通道作为电容器内气体排放处的有效性，同时，因为仅有一个导针与胶塞之间预留有通道，也可降低电容器内的电解液从导针通道内泄漏的风险。
8、进一步，壳体开口侧设置有对胶塞进行挤压的环形压槽。
9、有益效果：通过环形压槽对胶塞的挤压，使得胶塞发生压缩，与导针和壳体的贴合更加紧密，从而强化胶塞的密封性能，起到初步的密封作用，避免电芯中的电解液从胶塞与壳体或导针的接触位置流出。
10、进一步，环形压槽的截面呈弧形，弧形的最低点在胶塞的1/3～2/3处。
11、有益效果：加强挤压的稳定性，同时，使得胶塞的挤压更加均匀，避免挤压过程中，胶塞发生移位，影响电容器的密封性能。
12、进一步，灌封胶的材质可为环氧树脂、聚脲、硅胶、uv胶等固化胶的一种。
13、进一步，胶塞上设置有供导针通过的通孔，通孔的内径小于导针的外径。
14、有益效果：通过在胶塞上设置通孔，以便于导针穿过胶塞，便于组装工作的进行。
15、进一步，壳体的材质为铝。
16、进一步，导针与胶塞之间设置有氢气分子通道，氢气分子通道的尺寸在0.24-0.34纳米之间。
17、有益效果：一般而言，电容器常见的电解液包括有机电解液、水系电解液、离子液体、凝胶电解液和聚合物电解液，其中，溶剂电解液通常使用有机溶剂如乙腈、碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、四氢呋喃等作为溶剂，溶解锂盐、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐等作为电解质；水系电解液以水作为溶剂，溶解硫酸(h2so4)、硫酸钠(na2so4)、氯化锂(licl)等作为电解质，并添加二甲基亚砜等物质抑制氢气的析出；离子液体本身既是溶剂也是电解质如1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(emimpf6)等；凝胶电解液包括有机溶剂、电解质和增稠剂等组成；聚合物电解液包括有机溶剂、电解质和聚合物基质；在电解液中，上述物质均无法通过0.24-0.34纳米的通道，而氢气分子的尺寸为0.24纳米，当电解液中产生氢气分子时，氢气分子可通过预留的通道溢出，从而电解产生的氢气影响电容器的内压。
18、进一步，卷边呈弧形，弧形的自由端距离胶塞的顶面0.5-2mm。
19、有益效果：1.设置卷边自由端与胶塞的间距，从而预留出灌注灌封胶的灌封位，减少施工流程，提高施工效率；2.弧形和自由端与胶塞顶面距离的设置的卷边可以对灌封胶进行一定的限位，避免灌封结束后，灌封胶流出，将未进行点胶的导针与胶塞之间的缝隙堵塞，影响后续使用过程中，氢气的溢出；3.壳体弧形的卷边形成一个弯钩，可对凝固后的灌封胶进行固定，对灌封胶的抓紧力更强，从而有效增强灌封胶的固定效果，使得灌封胶与壳体的接触更加紧密，进而加强整体的密封效果。
20、本方案通过环形压槽做基础密封，卷边预留空间做灌装，加强边缘密封，消除电化学电容器制程密封不良，对其中任一导针的针脚做点胶增强整体密封性，提高另一个针脚作为超级电容器使用中的气体排放处的有效性，当初期的水分解出大量小分子气体时，利用导针与胶塞之间预留的通道先行排出泄压，采用无损的方式降低超级电容器内压，改善泄压阀的鼓胀变形甚至开裂漏液，以及导针处漏液的问题。本方案最终目的是达到提高长期高温使用的可靠性和高温高湿环境使用中的可靠性，即不漏液造成超级电容器电性能下降或失效，或者对设备造成损坏，保持寿命周期内安全有效。
技术特征：
1.一种半灌封的导针型电容器，包括壳体和电芯，壳体包括外壳和胶塞，电芯包括卷芯和导针，卷芯位于外壳内，外壳的顶端为敞口端，胶塞位于卷芯的顶部，卷芯设置在壳体内，胶塞对敞口端进行密封，其特征在于：导针自由端穿出胶塞；氢气能从导针与胶塞之间泄出。
2.根据权利要求1所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：导针包括正极导针和负极导针，正极导针和负极导针均穿过胶塞，正极导针或负极导针与胶塞之间设置有点胶。
3.根据权利要求2所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：壳体开口端向壳体内设置有卷边，卷边与胶塞之间预留有缝隙，还包括灌封胶，灌封胶由缝隙灌入卷边下方并与胶塞和壳体固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：壳体开口侧设置有对胶塞进行挤压的环形压槽。
5.根据权利要求4所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：环形压槽的截面呈弧形，弧形的最低点在胶塞的1/3～2/3处。
6.根据权利要求5所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：灌封胶的材质可为环氧树脂、聚脲、硅胶、uv胶等固化胶的一种。
7.根据权利要求1所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：胶塞上设置有供导针通过的通孔，通孔的内径小于导针的外径。
8.根据权利要求1所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：壳体的材质为铝。
9.根据权利要求1所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：导针与胶塞之间设置有氢气分子通道，氢气分子通道的尺寸在0.24-0.34纳米之间。
10.根据权利要求3所述的一种半灌封的导针型电容器，其特征在于：卷边呈弧形，弧形的自由端距离胶塞的顶面0.5-2mm。
技术总结
本发明涉及超级电容领域，公开了一种半灌封的导针型电容器，包括壳体和电芯，壳体包括外壳和胶塞，电芯包括卷芯和导针，卷芯位于外壳内，外壳的顶端为敞口端，胶塞位于卷芯的顶部，胶塞与壳体之间设置有灌封胶，卷芯设置在壳体内，胶塞对敞口端进行密封，导针的自由端穿出胶塞；氢气能从导针与胶塞之间泄出。当电容器内产生氢气时，氢气能从导针与胶塞之间泄出，以避免电容器内产生的氢气对电容器产生影响，提高了电容器的可靠性。
技术研发人员：谢彭彬,赵秀霞,刘双翼
受保护的技术使用者：重庆中科超容科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5