提高超级电容一次注液量的研究

高升+黄庆福+胡浩

摘  要：南车株机公司下属子公司宁波南车新能源科技有限公司主要从事新型储能器件双电层超级电容（EDLC）的研究和生产工作。在3 000 F单体器件的生产过程中，注液工序至关重要，然而，在实际生产过程中，存在一次注液量不足的情况。为了提高注液工序一次注液量合格率，工作人员做了一次尝试——在注液之前，给单体进行真空干燥氛围加热处理。结果表明，一次注液量的合格率明显提高，并且单体容量和内阻等关键性能均没有受到影响（这里的影响指性能指标下降）。

关键词：3 000 F超级电容;一次注液量;干燥度;工艺

中图分类号：TM53               文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.087

宁波南车新能源科技有限公司3 000 F超级电容工艺路线为：①电极分切。将电极分切为涂层宽度为113 mm、留白12 mm的电极。工作间洁净度要求为一万级。②电芯卷绕。将2层涂布电极与2层纤维素纸隔膜错位卷绕成为Φ57 mm的电芯。工作间洁净度要求为一万级。③电芯整形。将两端留白铝箔压实，以便于引流端子焊接。工作间洁净度要求为一万级。④端子焊接。将正、负极铝制引流端子焊接在整形后的电芯两端。工作间洁净度要求为一万级。⑤外壳标码。外壳标识二维码和数字编码，以便于后端工艺识别和品质追溯。⑥外壳滚槽。将带有绝缘垫圈的电芯装入外壳中，在负极端滚槽以固定电芯。工作间洁净度要求为一万级。⑦整形。压缩外壳滚槽处，以便于装卡弹性密封垫圈。工作间洁净度要求为一万级。⑧干燥车间除水。在高真空和高温环境下，去除电芯中活性物质的水分，剩余水分不超过1.0×108，基本达到无水分残留的状况。工作间温度为10～35 ℃，房间内有空气循环系统。⑨封口。将上端盖与外壳旋压密封。工作间洁净度要求为一万级，干燥度为-60 ℃。⑩密封焊接。将正极引流端子与外壳，负极引流端子与上盖连接处焊接密封。工作间洁净度要求为一万级，干燥度为-60 ℃。？过程测漏。利用氦质谱仪对注液前的电容器进行测漏。工作间洁净度要求为一万级，干燥度为-60 ℃。？注液。将TEABF4+AN电解液真空注液到电容器中，并用三元乙丙橡胶塞密封注液孔。工作间洁净度要求为一万级，干燥度为-60 ℃。？注液孔焊接。将封口铝塞塞入注液孔中，并焊接密封注液孔。？清洗。以清水高压喷射洗涤清洁电容器外表并烘干。？产品测漏。在高温负压条件下，测试电容器的渗漏情况。？老化，性能测试。产品在高温充电至额定电压并保持此电压的条件下，用6～12 h对电容器进行老化，以稳定电容器的性能，然后在恒定电流条件下对电容器进行充放电，以测试出电容器的容量和内阻。？热缩管包装。将热缩管套在产品上进行热缩包装。

目前，在批量生产的过程中，注液工序往往不能一次自动完成工艺要求的注液量170 g，需要人工补液，大大降低了生产效率。通过相关实验可知，在注液前增加真空高温加热工序，结果一次注液量100%，达到了工艺的要求，省去了人工补液的时间和人力，提高了生产效率，同时，产品的性能也不受影响。

1  试验目的

在圆形单体注液前进行加热试验，确保一次注液量达170 g，减少手动补液量，提高工作效率。

2  试验步骤

使用设备：皖仪全自动氦质谱检测系统、真空干燥系统、真空注液系统和老化检测系统（韩国）。

在试验过程中，具体的步骤是：①将氦检完成的42支待注液单体封回干燥罐密封。②将干燥罐转运至干燥车间进行加热处理。其中，干燥时间为1 h，干燥温度为100 ℃，补氮气压力为0.1 MPa，氮气压力为60 kPa。具体操作方法是开启干燥设备连接干燥罐，抽真空至-100 kPa，补充氮气至60 kPa，开启加热模式，计时1 h，30 min后泄压至50 kPa，待加热结束后关闭干燥罐阀门，转运至过渡间。③注液房内的工作人员将干燥罐转运至注液间拆罐，在此要注意先打开干燥罐阀门放气。④根据注液情况，逐个取出罐内单体，并将剩余单体放于干燥罐内保温。在整个试验过程中，只用了1号注液机，当42支单体全部注完后用时80 min，并且注液量基本满足要求。⑤老化检测性能参数时，42支全部合格，检测参数正常。

依据上述试验过程和结果，特制定出了圆形单体注液前真空干燥加热方案。所使用的加热设备为真空干燥系统，加热地点在注液房外。具体的操作过程为：①装罐。由组装班人员装罐，一次6罐单体，密封好后转运至过渡间。②加热。由干燥班人员作加热处理，方法同试验步骤②。③拆罐。完成加热后，将3个干燥罐移至过渡间，由注液人员移至注液间拆罐（拆罐工艺见《3 000 F拆罐工艺指导书》），每台注液机配1罐单体。④检验。每罐单体随机抽2支称重，前后质量相差不应超过2 g。⑤注液。根据注液机的注液情况适当补给单体，并将剩余单体放于干燥罐内作保温处理。⑥从装罐开始计时，2 h后重复上述步骤。

3  风险分析

单体在来回转运的过程中，存在干燥罐密封不良、电芯吸水的风险。因此，在装罐时，一定要注意干燥罐的密封情况，手动拧紧螺钉后用30 N·m扭力扳手打紧。加热抽真空时，注意真空度要小于-100 kPa。拆罐后，抽取2支单体称重，前后质量差不应超过2 g。

在单体加热过程中，存在罐内压力过大的安全隐患。因此，在加热1 h的过程中，每隔30 min需要手动泄压一次，以保证罐内压力不超过60 kPa。

在拆罐时，由于罐内为正压，存在安全隐患，所以，拆罐时一定要按照《拆罐工艺指导书》中的要求执行，尤其是要注意先排气泄压。

4  其他影响

由于单体加热需要等至少126支单体装罐;再加上加热转运时间，所以，需要增加真空干燥设备，增加干燥系统适用转运罐40个。

5  结论

在圆形单体注液前先进行真空干燥加热，以确保一次注液量达170 g，减少手动补液量，大大了提高工作效率。

在布局新产线建设工艺时，可以考虑在注液前增加真空干燥加热工序，不断作规范化、优化性处理。本文只是小批量作了一次尝试，真正大批量生产时，还需要采用更先进的工艺和设备。

参考文献

[1]阮殿波，王成扬，王晓峰，等.超高功率型双电层电容器的研制[J].电池工业，2011（16）：195-200.

〔编辑：白洁〕

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