本申請涉及電子設備領域，具體涉及一種扣式超級電容。

背景技術：

超級電容器作為一種新型儲能裝置，是一種介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間具有快速充放電的新型功率型能源存儲設備。由于其具有較高的能量密度和功率密度、較寬的工作溫度范圍以及優(yōu)異的循環(huán)性能等特點在航空航天、國防數(shù)字通信設備、電源供應、存儲備份系統(tǒng)以及先進的汽車如混合動力汽車和燃料電池汽車等方面都有很廣闊的應用前景。

由于儲能機理的不同，人們將超級電容器分為：1、基于高比表面積電極材料與溶液間界面雙電層原理的雙電層電容器；2、基于電化學欠電位沉積或氧化還原法拉第過程的贗電容器。人們?yōu)榱诉_到提高電容器的性能，降低成本的目的，經(jīng)常將贗電容電極材料和雙電層電容電極材料混合使用，制成所謂的混合電化學電容器。

電極材料是超級電容器的關鍵，提高超級電容器的能量密度、功率密度和循環(huán)壽命，主要通過提高電極材料的比表面積、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性來實現(xiàn)。

以活性碳為電極材料的扣式超級電容器由于電極材料簡單易得，在實際生產(chǎn)中比較常見。

圖1示出了作為對比技術的扣式超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述扣式超級電容器包括負極蓋01、負極集電極02、負極03、隔膜04、正極05、正極集電極06、密封膠圈07、殼體08。所述負極蓋01、所述密封膠圈07和所述殼體08構(gòu)成了所述扣式超級電容器的外殼體；在所述外殼體的內(nèi)部，從負極蓋01到所述殼體08的內(nèi)部底面依次分布著負極集電極02、負極03、隔膜04、正極05、正極集電極06；所述負極集電極02與所述負極03電導通，所述正極05與所述正極集電極06電導通，所述負極03和所述正極05被所述隔膜04隔開；所述負極03和所述正極05采用活性碳材料；在所述負極03和所述正極05之間充滿電解液。

這種結(jié)構(gòu)的扣式超級電容器有一些缺陷：所述負極03與所述正極05與電解液的接觸面積有限，而且，活性碳電極能吸附帶電離子的部分只存在于與電解液接觸的表面，在所述負極03與所述正極05材料的內(nèi)部難以吸附足夠的帶電離子，造成所述超級電容的比容量小，儲存能量低。

如何改變超級電容的結(jié)構(gòu)，增加電極與電解液的接觸面積，改變電極材料，增加所述超級電容的比容量是我們要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N扣式超級電容，采用由復數(shù)個堆疊體組成的共價有機框架材質(zhì)的正極以克服現(xiàn)有技術中電極與電解液接觸面積小，超級電容比容量小的缺陷。

本申請?zhí)峁┑乃隹凼匠夒娙?，包括：殼體、正極集電極、負極集電極、復數(shù)個正極、負極、隔膜和電解液；

所述正極集電極和負極集電極相對設置，并與所述殼體一起組成密閉空間；

所述復數(shù)個正極、負極、隔膜和電解液均設置于密閉空間中；

每一正極包括至少兩個正極單體堆疊而成的堆疊體；復數(shù)個正極分布在所述正極集電極上且每一正極單體均與所述正極集電極電導通；

所述負極和電解液充斥于所述密閉空間的除復數(shù)個正極之外的空間中，正極和負極之間通過包裹在每一堆疊體之外的隔膜而隔離；所述負極與所述負極集電極電導通。

可選的，組成所述正極的正極材料包括下述材料之一：共價有機框架材料、石墨烯。

可選的，所述共價有機框架材料由有機中間體2,6-二氨基蒽醌(daaq)和1,3,5-三甲?；g苯三酚(tfp)組合而成。

可選的，所述負極采用多孔碳材料。

可選的，所述電解液的溶質(zhì)為四氟硼酸四乙基銨和甲基三乙基四氟硼酸銨的混合物，溶劑使用乙腈。

可選的，所述正極單體是橢球狀的；所述正極單體之間有金屬板；不同堆疊體的所述金屬板通過金屬片相連，所述金屬片與所述正極集電極電導通。

可選的，所述金屬片在與所述電解液接觸區(qū)域覆蓋有電絕緣膜。

可選的，在所述正極集電極分布有所述堆疊體的平面上，未被所述堆疊體覆蓋的其他區(qū)域覆蓋有所述正極材料，所述正極材料的表面包裹著隔膜。

可選的，所述殼體由上殼體和下殼體組成。

可選的，所述扣式超級電容還包括所述第一密封圈；所述第一密封圈夾在所述上殼體與所述負極集電極之間。

可選的，所述扣式超級電容還包括所述第二密封圈；所述第二密封圈在所述正極集電極與所述下殼體之間。

與現(xiàn)有技術相比，本申請具有以下優(yōu)點：

每一正極包括至少兩個正極單體堆疊而成的堆疊體；復數(shù)個正極分布在所述正極集電極上且每一單體均與所述正極集電極電導通；所述負極和電解液充斥于所述密閉空間的除復數(shù)個正極之外的空間中。由于所述堆疊體的結(jié)構(gòu)顯著增加了所述正極的表面積；所述負極的布置也增加了與電解液的接觸面積，有利于帶電離子的吸附，加大所述超級電容的比容量。

另外，本申請的優(yōu)選方案采用了共價有機框架材料的電極，所述共價有機框架材料具有高孔隙率、高比表面積的特點，單位體積儲存帶電離子的能力更強，可以顯著提高所述超級電容的能量密度。

附圖說明

圖1示出了作為對比技術的扣式超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本申請的第一實施例提供的一種超級電容的結(jié)構(gòu)簡圖；

圖3示出了本申請的第一實施例所述正極堆疊體的分布示意圖；

圖4示出了本申請的第二實施例提供的超級電容結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本申請。但是本申請能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本申請內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本申請不受下面公開的具體實施的限制。

本申請的第一實施例提供了一種扣式超級電容；圖2示出了本申請實施例提供的一種超級電容的結(jié)構(gòu)簡圖，下面結(jié)合圖2詳細介紹一下所述扣式超級電容的結(jié)構(gòu)特點。

如圖2所示，所述扣式超級電容包括：殼體1、正極集電極2、負極集電極3、正極4、負極5、隔膜6、電解液7、第一密封圈8和第二密封圈9。

所述殼體1由上殼體1-1和下殼體1-2組成，所述上殼體1-1類似一個倒扣的碗狀物，在上部平面中心位置開有軸向通孔，所述上殼體1-1最外邊緣有翻邊；所述下殼體1-2是一個剖面近似u形的回轉(zhuǎn)薄壁件，底面是平面，中心部位開有通孔；所述下殼體1-2的側(cè)壁的上部向內(nèi)延伸與所述上殼體1-1的翻邊相互咬合。

所述正極集電極2和負極集電極3相對設置，并與所述殼體1一起組成密閉空間。

所述正極集電極2是圓形的薄板，位于所述下殼體1-2底部平面的圓孔內(nèi)。

所述負極集電極3是一塊圓形板，下端穿入所述上殼體1-1的上部中心位置的圓孔內(nèi)，所述集電極3的上部平面突出在所述上殼體1-1的上部平面之外。

所述正極4、所述負極5、所述隔膜6和所述電解液7均位于由所述正極集電極2、負極集電極3和所述殼體1所組成的密閉空間中。

在超級電容中，電極與電解液的接觸面積越大，儲存電荷的能力就越強。為了增加正極與電解液的接觸面積，所述正極4不是一個單一的實體，而是由分布在所述正極集電板2上的確定數(shù)量的堆疊體組成，而且，每一個所述堆疊體由至少兩個正極單體堆疊而成；為了增加電極與電解液的接觸面積，所述正極單體做成橢球形；所述正極單體之間有金屬板；所述金屬板由金屬片相連，所述金屬片與所述正極集電極電導通。

圖3示出了本申請的第一實施例所述正極堆疊體的分布示意圖，下面結(jié)合圖3和圖2介紹所述堆疊體在所述正極集電極2上的分布。

圖3是從所述負極集電極看向所述正極集電極方向的俯視圖，為簡化起見，圖中有網(wǎng)狀剖面圖案的圓圈代表所述堆疊體，最外層的圓周代表所述正極集電極的外沿；所述堆疊體分布在以所述正極集電極中心為圓心的同心圓上，每個同心圓上分布著4-8個所述堆疊體，圓周周長越長，所述堆疊體分布越多。在本申請的第一實施例中，包括三個分布有所述堆疊體的同心圓，從內(nèi)到外分別 有4個、6個和8個所述堆疊體。

如圖2所示，每個所述堆疊體包括層疊的三個所述正極單體，所述正極單體之間有金屬板4-1，同層的所述金屬板4-1由橫向金屬片4-2相連通，不同層之間的所述橫向金屬片4-2在垂直方向上通過縱向金屬片4-3相連，所述縱向金屬片4-2的底部焊接在所述正極集電極2上，這樣，所述金屬板4-1、所述橫向金屬片4-2就實現(xiàn)了與所述正極集電極2之間的電導通。

所述負極5和所述電解液7充斥于所述密閉空間內(nèi)的除所述正極4之外的空間中，為了保證所述橫向金屬片4-2和所述縱向金屬片4-3與所述負極5電絕緣，在所述橫向金屬片4-2和所述縱向金屬片4-3暴露在所述電解液7的部位覆蓋有電絕緣膜，所述電絕緣膜采用與所述隔膜6相同的材料。

本申請的第一實施例中，在所述正極集電極分布有所述堆疊體的平面上，未被所述堆疊體覆蓋的其他區(qū)域覆蓋有所述正極材料，所述正極材料的表面包裹著所述隔膜6。

在所述正極4的每一堆疊體之外有所述隔膜6將所述正極4與所述負極5隔開。

本申請優(yōu)選實施例的所述負極5采用多孔碳纖維布，所述多孔碳纖維布與所述負極集電極3相連。

在所述上殼體1-1與所述負極集電極3之間夾有第一密封圈8，所述第一密封圈是截面為矩形的橡膠圓環(huán)；所述第一密封圈8套在所述負極集電極下端小徑上；所述第一密封圈8的外圓柱面與所述上殼體1-1的中心孔內(nèi)壁相配。

在所述下殼體1-2與所述正極集電極2之間夾有第二密封圈9，所述第二密封圈9是一個橡膠圓環(huán)；所述第二密封圈9外側(cè)面與所述下殼體1-2底部中心孔相配，內(nèi)側(cè)面與所述正極集電極2的外圓柱面相配；所述第二密封圈9不僅起密封作用，防止電解液的外泄，而且，保證所述下殼體1-2與所述正極集電極2的電絕緣。

對于所述第一實施例的所述正極，本申請還提供了第二實施例對所述正極的電連接結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。圖4示出了本申請的第二實施例提供的超級電容結(jié)構(gòu)示意圖。所述第二實施例與所述第一實施例相比，除了正極外，具有相同的結(jié)構(gòu)，對于相同的結(jié)構(gòu)，在所述第二實施例采用相同的編碼。

所述第二實施例中，去除了所述第一實施例中的所述橫向金屬片4-2和所 述縱向金屬片4-3，增加了內(nèi)部金屬片4-4，所述內(nèi)部金屬片位于堆疊體內(nèi)部，穿過所述金屬板4-1且與所述金屬板電導通。所述內(nèi)部金屬片4-4焊接在所述正極集電極上。

在本申請的第一實施例中，在所述正極的堆疊體之間以及所述堆疊體與所述正極集電極之間采用了增加金屬片的結(jié)構(gòu)來提高電荷轉(zhuǎn)移的效率，在有些情況下，可以在所述正極4的電極材料中增加導電劑來提高所述正極4的導電性能，這樣，可以去除所述金屬板和所述金屬片。

上文主要介紹了本申請優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)特征，超級電容器關鍵部件如電極、隔膜、電解液的材質(zhì)對超級電容器的性能也有重大影響，下文主要介紹本申請實施例中材料的選用。

電極材料是超級電容器的關鍵，提高超級電容器的能量密度、功率密度和循環(huán)壽命，主要通過提高電極材料的比表面積、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性來實現(xiàn)。

在實際生產(chǎn)和科學研究中，電極材料多采用多孔碳、活性碳、活性碳纖維、石墨烯等碳族材料，或者金屬氧化物，如二氧化釕(ruo2)等，導電聚合物，如聚苯胺等在實驗中也有應用。

本申請優(yōu)選實施例的所述正極4采用共價有機框架材料，也就是cof；共價有機框架是一種新興的電極材料，具有比表面積可控、電化學性質(zhì)優(yōu)異等特點，可以作為超級電容器的電極材料。

本申請優(yōu)選實施例所用的所述共價有機框架材料由有機中間體2,6-二氨基蒽醌(daaq)和1,3,5-三甲酰基間苯三酚(tfp)組合而成。

作為可選項，所述正極4也可以選用活性碳、石墨烯、金屬氧化物或者導電聚合物材料。

本申請優(yōu)選實施例的所述負極5采用多孔碳纖維布，作為可選項，所述負極5也可以選用上述活性碳、石墨烯、金屬氧化物、導電聚合物或者共價有機框架材料。

超級電容對隔膜的材料有特殊的要求，首先，隔膜所用材料對電子的隔離性能要好，可以防止電子的穿透，避免兩極之間由于電子的穿透造成的內(nèi)部短路，但是電解液以及電解液中的帶電離子要能順暢通過；其次，隔膜的厚度要均一，孔徑大小均勻；其三，隔膜材料在電解液中化學性質(zhì)穩(wěn)定，尺寸穩(wěn)定，有一定的機械強度和熱穩(wěn)定性。本申請的實施例所述隔膜6采用聚丙烯材料。

本申請的優(yōu)選實施例中，所述電解液7采用有機電解液，采用有機電解液可以避免水基材料對所述金屬殼體的腐蝕，同時，有機電解液的離子分解電壓在2-4v，有利于電極獲得寬的工作電壓窗口，從而提高超級電容的能量密度；另外，有機電解液還有工作溫度范圍寬和耐高壓的優(yōu)點。

本申請實施例中，所述電解液7的溶質(zhì)為四氟硼酸四乙基銨和甲基三乙基四氟硼酸銨的混合物，溶劑使用乙腈。

本申請雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本申請，任何本領域技術人員在不脫離本申請的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本申請的保護范圍應當以本申請權(quán)利要求所界定的范圍為準。