一种用于超级电容器盖组封接玻璃的制备方法及封接工艺与流程

1.本发明属于玻璃-金属封接领域，涉及一种封接玻璃的制备及封接工艺，特别是涉及一种用于超级电容器盖组封接玻璃的制备方法及封接工艺。


背景技术：

2.超级电容器是一种传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超级电容器因其具有较高的充放电功率，被广泛用作各类功率型元器件电源。但因为其电解液含氟离子，对玻璃密封材料具有一定的腐蚀性能，导致其寿命和使用受到了严重的制约。
3.随着物联网以及人工智能的发展，超级电容器越来越受到人们的重视与应用，现广泛应用于存储器及后备电源。在各类电子系统中，超级电容器盖组在器件与器件、组件与组件、系统与系统之间进行电气连接和信号传递，是构成一个完整系统所必须的基础元件。目前，各类智能机械装备中，超级电容器的用量巨大，因此，超级电容器的可靠性以及稳定性受到了人们越来越多的关注，也正因为超级电容器盖组的高质量和高可靠性，使它也广泛应用于各类智能制造系统中。而超级电容器的可靠性以及稳定性的关键因素之一便是盖组。
4.不锈钢与铁镍合金具有成本低、易加工、导热性、导电性好等优点。另外，在空气中和中性水环境下，该种金属材料具有非常好的化学稳定性以及耐腐蚀性能，被广泛应用于锂电池中。
5.目前常用的超级电容器盖组封接所用的玻璃多为高硅酸盐玻璃，耐电解液腐蚀性能差，抗机械振动性能差等因素造成电池容易漏液，使得电池的寿命和性能受到严重的限制，而本发明的玻璃属于低硅酸盐玻璃。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于超级电容器盖组封接玻璃的制备方法及其封接工艺，本发明选择了成本低、易加工、导热导电性佳的金属用于超级电容器盖组，提高了超级电容器盖组玻璃的耐腐蚀性能，既保证了封接件的气密性，又提高了封接件的化学稳定性和高温高压绝缘性，且制备工艺简单，适合于工业化生产。
7.本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种用于超级电容器盖组封接玻璃的制备方法，所述封接玻璃由以下摩尔百分比的原料组成：sio2：50％～65％、b2o3：10％～35％、al2o3：5％～10％、cao：3％～5％、bao：5％～10％、na2o：3％～8％、k2o：2％～5％、mgo：2％～5％、tio2：0％～5％、zro2：0％～5％、zno：0％～5％、la2o3：0％～5％；所述原料中的各类氧化物包括其各类盐及酸碱化合物；所述封接玻璃的制备方法包括以下步骤：
8.步骤1)、将上述原料根据配方称量后置于超高速分散机进行混合分散，使不同原料之间充分混合，得到分散均匀的原料；
9.步骤2)、将分散均匀的原料置于坩埚内，再将其置于硅钼炉中，在空气气氛中以5
～10℃/min的升温速率从室温升至300～600℃，在300～600℃下保温30～60min以促进各原料的分解；再以10～15℃/min的升温速率升至1500～1700℃，在1500～1700℃下保温1～2小时；期间搅拌数次，使熔料均匀，得到完全融化澄清的玻璃液；将玻璃液通过水淬急冷得到玻璃碎渣；
10.步骤3)、将所得玻璃碎渣置于烘箱中，在100～150℃下烘干12小时，将烘干后的玻璃碎渣置于刚玉球磨罐内，在200～400r/min转速下研磨4小时，过150目筛即得加速度传感器专用的封接玻璃材料；把制好的封接玻璃材料采用制浆-喷雾造粒-制坯方法，加工成玻璃坯便可以进行后续封接。
11.进一步地，所述封接玻璃材料的热膨胀系数α＝80
×
10-7-150
×
10-7
/℃。
12.进一步地，所述封接玻璃材料的软化温度ts＝560～760℃。
13.一种用于超级电容器盖组封接玻璃的封接工艺，所述封接工艺包括以下步骤：将需要被封接的超级电容器盖组和玻璃坯一起组装成待封接组件，放入链式气氛封接炉内，炉内通有保护气体防止氧化，炉内温度快速升至800～1000℃，在800～1000℃下保温15～45min进行封接，即可得到封接组件。
14.进一步地，所述超级电容器盖组包括芯柱和金属壳体，所述金属壳体上设有通孔，所述芯柱插入所述金属壳体的通孔中，并贯穿通孔，通过封接玻璃将金属壳体与芯柱进行密封，得到封接超级电容器盖组；所述金属壳体为不锈钢材质，所述的不锈钢可以是304、304l、316、316l，但不限于上述牌号；所述芯柱的材质为铁镍合金，所述的铁镍合金可以是牌号为4j28、4j50、4j52等各类合金，但不限于上述合金。
15.进一步地，所述的保护气体为氮气、氦气、氩气或其他惰性气体。
16.进一步地，得到的封接组件为具有良好的气密性、抗压机械强度、化学稳定性、绝缘性和耐含氟电解液腐蚀的超级电容器盖组。
17.本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明公开了一种用于超级电容器盖组封接玻璃的制备方法及其封接工艺，提供了一种耐含氟电解液腐蚀、以及电化学性能、机械性能等综合性能优异，用于超级电容器盖组封接的玻璃材料，其中壳体采用的金属为不锈钢系列，其中包含304l、316l等，芯柱采用的是合金4j28、4j50、4j52等系列铁镍合金。选取sio
2-b2o
3-al2o
3-cao-bao玻璃体系为主体，通过添加各类金属氧化物来调整玻璃的热膨胀系数、玻璃软化温度、化学稳定性等性能。通过引入na2o、k2o、mgo可以调整玻璃的热膨胀系数和软化温度；同时不同离子半径的阳离子形成紧密堆积，可以提高玻璃的强度以及电绝缘性能；通过引入少量的zno、zro2等可以进入玻璃网络结构，起到连接si-o-si、和b-o-b的作用，可以提高玻璃的化学稳定性；通过引入la2o3可以提高玻璃与金属之间的浸润性与封接强度。通过添加各类氧化物制备出热膨胀系数在80～150
×
10-7
/℃，玻璃软化温度在560～760℃的硅铝硼酸盐玻璃，可用于封接铁基合金、镍基合金及其铁镍基合金材料的超级电容器盖组。
附图说明
18.图1为本发明提供的封接超级电容器盖组的结构示意图。
19.1-芯柱；2-封接玻璃；3-金属壳体。
具体实施方式
20.下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
21.实施例
22.一种用于超级电容器盖组封接玻璃材料的制备方法，包括以下步骤：
23.1)、按以下摩尔百分比选原料：sio2：50％～65％、b2o3：10％～35％、al2o3：5％～10％、cao：3％～5％、bao：5％～10％、na2o：3％～8％、k2o：2％～5％、mgo：2％～5％、tio2：0％～5％、zro2：0％～5％、zno：0％～5％、la2o3：0％～5％。其中上述各类氧化物应当包含其各类盐及酸碱化合物；
24.2)、将上述原料配好置于超高速分散机进行混合分散，使各类原料之间能够混合分散均匀；
25.3)、将混合均匀的物料置于坩埚内，将坩埚置于硅钼炉中，在空气气氛中以5～10℃/min升温速率从室温升至300-600℃，在300-600℃下保温30-60min以促进各类盐及酸碱化合物的分解，再以10～15℃/min升温速率升至1500-1700℃，在1500-1700℃下保温1-2小时；期间搅拌数次，使熔料均匀，待完全融化澄清后得到玻璃液；将玻璃液倒入冷蒸馏水中，水淬得到玻璃碎渣；
26.4)、将所得玻璃碎渣置于烘箱中，在100-150℃下烘干12小时，将烘烤后的玻璃碎渣放入刚玉球磨罐内在200-400r/min转速下研磨4小时，过150目筛即得超级电容器盖组专用封接玻璃粉；把制好的封接玻璃材料采用制浆-喷雾造粒-制坯方法，加工成玻璃坯便可以进行后续封接。封接玻璃的热膨胀系数α＝80
×
10-7-150
×
10-7
/℃；封接玻璃的软化温度ts＝560～760℃。
27.一种用于超级电容器盖组封接玻璃材料的封接工艺：将需要被封接的超级电容器盖组和玻璃坯一起组装成待封接组件，放入链式气氛封接炉内，炉内通有保护气体防止氧化，炉内温度快速升至800～1000℃，在800～1000℃下保温15～45min进行封接，即可得到具有良好的气密性、抗压机械强度、化学稳定性、绝缘性和耐含氟电解液腐蚀的超级电容器盖组。所述超级电容器盖组包括芯柱和金属壳体，所述金属壳体上设有通孔，所述芯柱插入所述金属壳体的通孔中，并贯穿通孔，通过封接玻璃将金属壳体与芯柱进行密封，得到封接超级电容器盖组；所述金属壳体为不锈钢材质，所述的不锈钢可以是304、304l、316、316l，但不限于上述牌号；所述芯柱的材质为铁镍合金，所述的铁镍合金可以是牌号为4j28、4j50、4j52等各类合金，但不限于上述合金。
28.具体实施例如下表：
29.[0030][0031]
热膨胀系数和软化点温度采用热膨胀仪进行测试，气密性采用氦质谱检漏仪进行测试，绝缘性采用电阻测试仪进行测试，破坏强度采用压力机测试，耐腐蚀性测试是把封接的端子放置在0.01％f-溶液，统计玻璃不腐蚀天数。
[0032]
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。