提高超級電容一次注液量的研究

高升+黃慶福+胡浩

摘 ?要：南車株機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能器件雙電層超級電容（EDLC）的研究和生產工作。在3 000 F單體器件的生產過程中，注液工序至關重要，然而，在實際生產過程中，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，給單體進行真空干燥氛圍加熱處理。結果表明，一次注液量的合格率明顯提高，并且單體容量和內阻等關鍵性能均沒有受到影響（這里的影響指性能指標下降）。

關鍵詞：3 000 F超級電容;一次注液量;干燥度;工藝

中圖分類號：TM53 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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級。②電芯卷繞。將2層涂布電極與2層纖維素紙隔膜錯位卷繞成為Φ57 mm的電芯。工作間潔凈度要求為一萬級。③電芯整形。將兩端留白鋁箔壓實，以便于引流端子焊接。工作間潔凈度要求為一萬級。④端子焊接。將正、負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級。⑤外殼標碼。外殼標識二維碼和數字編碼，以便于后端工藝識別和品質追溯。⑥外殼滾槽。將帶有絕緣墊圈的電芯裝入外殼中，在負極端滾槽以固定電芯。工作間潔凈度要求為一萬級。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級。⑧干燥車間除水。在高真空和高溫環境下，去除電芯中活性物質的水分，剩余水分不超過1.0×108，基本達到無水分殘留的狀況。工作間溫度為10～35 ℃，房間內有空氣循環系統。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級，干燥度為-60 ℃。⑩密封焊接。將正極引流端子與外殼，負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級，干燥度為-60 ℃。？過程測漏。利用氦質譜儀對注液前的電容器進行測漏。工作間潔凈度要求為一萬級，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級，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。？產品測漏。在高溫負壓條件下，測試電容器的滲漏情況。？老化，性能測試。產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對電容器進行老化，以穩定電容器的性能，然后在恒定電流條件下對電容器進行充放電，以測試出電容器的容量和內阻。？熱縮管包裝。將熱縮管套在產品上進行熱縮包裝。

目前，在批量生產的過程中，注液工序往往不能一次自動完成工藝要求的注液量170 g，需要人工補液，大大降低了生產效率。通過相關實驗可知，在注液前增加真空高溫加熱工序，結果一次注液量100%，達到了工藝的要求，省去了人工補液的時間和人力，提高了生產效率，同時，產品的性能也不受影響。

1 ?試驗目的

在圓形單體注液前進行加熱試驗，確保一次注液量達170 g，減少手動補液量，提高工作效率。

2 ?試驗步驟

使用設備：皖儀全自動氦質譜檢測系統、真空干燥系統、真空注液系統和老化檢測系統（韓國）。

在試驗過程中，具體的步驟是：①將氦檢完成的42支待注液單體封回干燥罐密封。②將干燥罐轉運至干燥車間進行加熱處理。其中，干燥時間為1 h，干燥溫度為100 ℃，補氮氣壓力為0.1 MPa，氮氣壓力為60 kPa。具體操作方法是開啟干燥設備連接干燥罐，抽真空至-100 kPa，補充氮氣至60 kPa，開啟加熱模式，計時1 h，30 min后泄壓至50 kPa，待加熱結束后關閉干燥罐閥門，轉運至過渡間。③注液房內的工作人員將干燥罐轉運至注液間拆罐，在此要注意先打開干燥罐閥門放氣。④根據注液情況，逐個取出罐內單體，并將剩余單體放于干燥罐內保溫。在整個試驗過程中，只用了1號注液機，當42支單體全部注完后用時80 min，并且注液量基本滿足要求。⑤老化檢測性能參數時，42支全部合格，檢測參數正常。

依據上述試驗過程和結果，特制定出了圓形單體注液前真空干燥加熱方案。所使用的加熱設備為真空干燥系統，加熱地點在注液房外。具體的操作過程為：①裝罐。由組裝班人員裝罐，一次6罐單體，密封好后轉運至過渡間。②加熱。由干燥班人員作加熱處理，方法同試驗步驟②。③拆罐。完成加熱后，將3個干燥罐移至過渡間，由注液人員移至注液間拆罐（拆罐工藝見《3 000 F拆罐工藝指導書》），每臺注液機配1罐單體。④檢驗。每罐單體隨機抽2支稱重，前后質量相差不應超過2 g。⑤注液。根據注液機的注液情況適當補給單體，并將剩余單體放于干燥罐內作保溫處理。⑥從裝罐開始計時，2 h后重復上述步驟。

3 ?風險分析

單體在來回轉運的過程中，存在干燥罐密封不良、電芯吸水的風險。因此，在裝罐時，一定要注意干燥罐的密封情況，手動擰緊螺釘后用30 N·m扭力扳手打緊。加熱抽真空時，注意真空度要小于-100 kPa。拆罐后，抽取2支單體稱重，前后質量差不應超過2 g。

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

在拆罐時，由于罐內為正壓，存在安全隱患，所以，拆罐時一定要按照《拆罐工藝指導書》中的要求執行，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;再加上加熱轉運時間，所以，需要增加真空干燥設備，增加干燥系統適用轉運罐40個。

5 ?結論

在圓形單體注液前先進行真空干燥加熱，以確保一次注液量達170 g，減少手動補液量，大大了提高工作效率。

在布局新產線建設工藝時，可以考慮在注液前增加真空干燥加熱工序，不斷作規范化、優化性處理。本文只是小批量作了一次嘗試，真正大批量生產時，還需要采用更先進的工藝和設備。

參考文獻

[1]阮殿波，王成揚，王曉峰，等.超高功率型雙電層電容器的研制[J].電池工業，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