提高超級(jí)電容一次注液量的研究

高升+黃慶福+胡浩

摘 ?要：南車株機(jī)公司下屬子公司寧波南車新能源科技有限公司主要從事新型儲(chǔ)能器件雙電層超級(jí)電容（EDLC）的研究和生產(chǎn)工作。在3 000 F單體器件的生產(chǎn)過(guò)程中，注液工序至關(guān)重要，然而，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，存在一次注液量不足的情況。為了提高注液工序一次注液量合格率，工作人員做了一次嘗試——在注液之前，給單體進(jìn)行真空干燥氛圍加熱處理。結(jié)果表明，一次注液量的合格率明顯提高，并且單體容量和內(nèi)阻等關(guān)鍵性能均沒(méi)有受到影響（這里的影響指性能指標(biāo)下降）。

關(guān)鍵詞：3 000 F超級(jí)電容;一次注液量;干燥度;工藝

中圖分類號(hào)：TM53 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.087

寧波南車新能源科技有限公司3 000 F超級(jí)電容工藝路線為：①電極分切。將電極分切為涂層寬度為113 mm、留白12 mm的電極。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)。②電芯卷繞。將2層涂布電極與2層纖維素紙隔膜錯(cuò)位卷繞成為Φ57 mm的電芯。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)。③電芯整形。將兩端留白鋁箔壓實(shí)，以便于引流端子焊接。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)。④端子焊接。將正、負(fù)極鋁制引流端子焊接在整形后的電芯兩端。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)。⑤外殼標(biāo)碼。外殼標(biāo)識(shí)二維碼和數(shù)字編碼，以便于后端工藝識(shí)別和品質(zhì)追溯。⑥外殼滾槽。將帶有絕緣墊圈的電芯裝入外殼中，在負(fù)極端滾槽以固定電芯。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)。⑦整形。壓縮外殼滾槽處，以便于裝卡彈性密封墊圈。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)。⑧干燥車間除水。在高真空和高溫環(huán)境下，去除電芯中活性物質(zhì)的水分，剩余水分不超過(guò)1.0×108，基本達(dá)到無(wú)水分殘留的狀況。工作間溫度為10～35 ℃，房間內(nèi)有空氣循環(huán)系統(tǒng)。⑨封口。將上端蓋與外殼旋壓密封。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)，干燥度為-60 ℃。⑩密封焊接。將正極引流端子與外殼，負(fù)極引流端子與上蓋連接處焊接密封。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)，干燥度為-60 ℃。？過(guò)程測(cè)漏。利用氦質(zhì)譜儀對(duì)注液前的電容器進(jìn)行測(cè)漏。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)，干燥度為-60 ℃。？注液。將TEABF4+AN電解液真空注液到電容器中，并用三元乙丙橡膠塞密封注液孔。工作間潔凈度要求為一萬(wàn)級(jí)，干燥度為-60 ℃。？注液孔焊接。將封口鋁塞塞入注液孔中，并焊接密封注液孔。？清洗。以清水高壓噴射洗滌清潔電容器外表并烘干。？產(chǎn)品測(cè)漏。在高溫負(fù)壓條件下，測(cè)試電容器的滲漏情況。？老化，性能測(cè)試。產(chǎn)品在高溫充電至額定電壓并保持此電壓的條件下，用6～12 h對(duì)電容器進(jìn)行老化，以穩(wěn)定電容器的性能，然后在恒定電流條件下對(duì)電容器進(jìn)行充放電，以測(cè)試出電容器的容量和內(nèi)阻。？熱縮管包裝。將熱縮管套在產(chǎn)品上進(jìn)行熱縮包裝。

目前，在批量生產(chǎn)的過(guò)程中，注液工序往往不能一次自動(dòng)完成工藝要求的注液量170 g，需要人工補(bǔ)液，大大降低了生產(chǎn)效率。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)可知，在注液前增加真空高溫加熱工序，結(jié)果一次注液量100%，達(dá)到了工藝的要求，省去了人工補(bǔ)液的時(shí)間和人力，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)，產(chǎn)品的性能也不受影響。

1 ?試驗(yàn)?zāi)康?/p>

在圓形單體注液前進(jìn)行加熱試驗(yàn)，確保一次注液量達(dá)170 g，減少手動(dòng)補(bǔ)液量，提高工作效率。

2 ?試驗(yàn)步驟

使用設(shè)備：皖儀全自動(dòng)氦質(zhì)譜檢測(cè)系統(tǒng)、真空干燥系統(tǒng)、真空注液系統(tǒng)和老化檢測(cè)系統(tǒng)（韓國(guó)）。

在試驗(yàn)過(guò)程中，具體的步驟是：①將氦檢完成的42支待注液?jiǎn)误w封回干燥罐密封。②將干燥罐轉(zhuǎn)運(yùn)至干燥車間進(jìn)行加熱處理。其中，干燥時(shí)間為1 h，干燥溫度為100 ℃，補(bǔ)氮?dú)鈮毫?.1 MPa，氮?dú)鈮毫?0 kPa。具體操作方法是開(kāi)啟干燥設(shè)備連接干燥罐，抽真空至-100 kPa，補(bǔ)充氮?dú)庵?0 kPa，開(kāi)啟加熱模式，計(jì)時(shí)1 h，30 min后泄壓至50 kPa，待加熱結(jié)束后關(guān)閉干燥罐閥門(mén)，轉(zhuǎn)運(yùn)至過(guò)渡間。③注液房?jī)?nèi)的工作人員將干燥罐轉(zhuǎn)運(yùn)至注液間拆罐，在此要注意先打開(kāi)干燥罐閥門(mén)放氣。④根據(jù)注液情況，逐個(gè)取出罐內(nèi)單體，并將剩余單體放于干燥罐內(nèi)保溫。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，只用了1號(hào)注液機(jī)，當(dāng)42支單體全部注完后用時(shí)80 min，并且注液量基本滿足要求。⑤老化檢測(cè)性能參數(shù)時(shí)，42支全部合格，檢測(cè)參數(shù)正常。

依據(jù)上述試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，特制定出了圓形單體注液前真空干燥加熱方案。所使用的加熱設(shè)備為真空干燥系統(tǒng)，加熱地點(diǎn)在注液房外。具體的操作過(guò)程為：①裝罐。由組裝班人員裝罐，一次6罐單體，密封好后轉(zhuǎn)運(yùn)至過(guò)渡間。②加熱。由干燥班人員作加熱處理，方法同試驗(yàn)步驟②。③拆罐。完成加熱后，將3個(gè)干燥罐移至過(guò)渡間，由注液人員移至注液間拆罐（拆罐工藝見(jiàn)《3 000 F拆罐工藝指導(dǎo)書(shū)》），每臺(tái)注液機(jī)配1罐單體。④檢驗(yàn)。每罐單體隨機(jī)抽2支稱重，前后質(zhì)量相差不應(yīng)超過(guò)2 g。⑤注液。根據(jù)注液機(jī)的注液情況適當(dāng)補(bǔ)給單體，并將剩余單體放于干燥罐內(nèi)作保溫處理。⑥從裝罐開(kāi)始計(jì)時(shí)，2 h后重復(fù)上述步驟。

3 ?風(fēng)險(xiǎn)分析

單體在來(lái)回轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中，存在干燥罐密封不良、電芯吸水的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在裝罐時(shí)，一定要注意干燥罐的密封情況，手動(dòng)擰緊螺釘后用30 N·m扭力扳手打緊。加熱抽真空時(shí)，注意真空度要小于-100 kPa。拆罐后，抽取2支單體稱重，前后質(zhì)量差不應(yīng)超過(guò)2 g。

在單體加熱過(guò)程中，存在罐內(nèi)壓力過(guò)大的安全隱患。因此，在加熱1 h的過(guò)程中，每隔30 min需要手動(dòng)泄壓一次，以保證罐內(nèi)壓力不超過(guò)60 kPa。

在拆罐時(shí)，由于罐內(nèi)為正壓，存在安全隱患，所以，拆罐時(shí)一定要按照《拆罐工藝指導(dǎo)書(shū)》中的要求執(zhí)行，尤其是要注意先排氣泄壓。

4 ?其他影響

由于單體加熱需要等至少126支單體裝罐;再加上加熱轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，所以，需要增加真空干燥設(shè)備，增加干燥系統(tǒng)適用轉(zhuǎn)運(yùn)罐40個(gè)。

5 ?結(jié)論

在圓形單體注液前先進(jìn)行真空干燥加熱，以確保一次注液量達(dá)170 g，減少手動(dòng)補(bǔ)液量，大大了提高工作效率。

在布局新產(chǎn)線建設(shè)工藝時(shí)，可以考慮在注液前增加真空干燥加熱工序，不斷作規(guī)范化、優(yōu)化性處理。本文只是小批量作了一次嘗試，真正大批量生產(chǎn)時(shí)，還需要采用更先進(jìn)的工藝和設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

[1]阮殿波，王成揚(yáng)，王曉峰，等.超高功率型雙電層電容器的研制[J].電池工業(yè)，2011（16）：195-200.

〔編輯：白潔〕

Study on the Increase of a Super Capacitor

Gao Sheng， Huang Qingfu， Hu Hao

Abstract： CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co.， Ltd subordinate subsidiary of Ningbo Nanche New Energy Technology Co.， Ltd. mainly engaged in new energy storage device of electric double layer of super capacitor（EDLC）research and production work. In the production of 3000 F single devices， the injection process is very important， however， in the actual production process， there is a shortage of liquid injection quantity. In order to improve the qualified rate of one injection fluid， the staff did a try - to heat treatment of the monomer before the injection. Results show that a liquid injection quantity qualified rate increased significantly， and key properties of single capacity and resistance were not affected（here the effect refers to the performance index decline）.

Key words： 3000 F super capacitor; one injection volume; drying degree; process