车的动力性能，延长电池的使用寿命，回收制动能
量［３１；本文借鉴动力电池的设计和制备技术，分别 以氢氧化镍和活性炭作为正、负极的活性物质，设 计并制备了超级电容器单体，并对其充／放电性能 进行了研究。
１试验部分
１，１超级电容器单体设计 一般而言，超级电容器设计与电池设计类似，
２０１４年第８期
汽车Ｔ艺与材料ＡＴ＆Ｍ
电芯，人壳、注液、老化，制备超级电容器单体。
１．３超级电容器单体检测 按照汽车行业标准（ＱＣ／Ｔ ７４１—２００６车用超级 电容器），参考国家８６３动力电池测试中心测试流 程，利用ＬＡＮＤ充放电测试仪（ＣＴ２００１Ａ，武汉蓝电 公司）ｘ，ｉ－￥０备的超级电容器单体样件进行容量和 内阻等测试。
２结果与讨论
．生
产
琐
强
超级电容器设计及制备研究
摘要：超级电容器是一种功率特性明显的储能器件。本文借鉴动力电池设计和制备技 术，结合超级电容器储能机理，进行超级电容器单体设计；在此基础上，分别以氢氧化镍和活 性炭为正极和负极的活性物质，通过制浆、涂覆、烘干、裁片、叠片、人壳、注液和老化等步骤 得到超级电容器单体，研究发现所制备单体具有超级电容器和电池的双重储能特性，测试容 量为４０００Ｆ，循环过程中充、放电效率维持在９５％左右。 关键词：新能源汽车超级电容器单体设计单体制备极片
９６６
４ ９０６ ４
６

８６０
（ａ）样件实物测试图
７ ４ ７８９ ４ ７２６ ４ ６５０ ４ ５０９ ４ ５４６ ４ ５９１ ４ ４７８ ４ ７８５ ４
８ ９
１０ １１ １２ １３ １４
９６．４
９５．３ ９７．０ ９７．４ ９７．５ ９１＿２ ９２．４
时间／ｓ
１５
３８９
９４．７ ９７．４
９４．４ ９６．１ ９８．２ ９７．７
章该车床最大能够加工长１０５０ｍｉｌｌ、直径２００ｌｌｌｌｌ＇ｌ的组件？４轴同时加工，最大转速达４５００ ｒｐｍ、配有两个刀塔，各装有 １２个刀位，既可配备车刀又可配备动力刀具。工件夹持器将毛坯件移入加工区，并在加工后取出成品件，当一个工件夹持
器向车床输送一个新工件的同时，另一个工件夹持器将加工完毕的工件取出
参考文献：
［１］Ｍｅｈｒｄａｄ Ｅｈｓａｎｉ，Ｙｉｍｉｎ Ｇａｏ，ＭｏｒｄｅＩＴｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ，ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃ—
ｔｒｉｃ，ａｎｄ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｆｕｎｄｍｅｎｔａｌｓ，ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｏｎｄ
ｄｒｅｄ Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，Ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｅｎａｂｌｅ ｔｈｅ ｒｅｖｏｌｕ—
中图分类号：ＴＭ５３
文献标识码：Ａ
■
中国第一汽车股份有限公司技术中心
荣常如张克金韩金磊陈书礼
汽车产业作为能源消耗和尾气排放大户面临 巨大的节能减排压力，因此发展低碳绿色的新能 源汽车成为必由之路。化学电源是新能源汽车的 “心脏”，其作用与传统汽车发动机的作用相当，甚 至更为重要；并且电池成本占电动车整车成本的 ３０％一５０％ｉｌｌ。超级电容器作为一种新型的动力电 池，具有比功率大、耐大电流充，放电、循环寿命长 和安全性高的特点仁，。利用超级电容器和电池组 成动力系统，能够更好地满足电动汽车启动、加速 等高功率密度输出场合的需要，极大地改善了汽
但又有其独特之处。这主要是由于作为超级电容 器活性物质的活性炭材料为非晶结构，比电容理 论值和实际值相差很大；活性炭内部的孔径大小 及分布方式不同，导致其比电容相差巨大；电解液 里的电解质粒子在活性物质表面及其孔内的扩散 传输方式不同（储能机理不同），容量亦相差非常 大。因此，超级电容器的设计通常根据其实际工 况需要的电流以及工作时间，并通过实际测试活 性物质的容量，调试电极活性物质中各种成分的 比例，使正、负电极匹配，从而确定超级电容器单 体容量。本文分别采用氢氧化镍和活性炭作为 正、负极的活性物质，组成的超级电容器具有混合 储能特征（图１）。即氢氧化镍正极可通过快速可 逆的法拉第反应来实现大能量存储，而活性炭负 极通过吸附离子实现双电层储能。 １．２超级电容器单体制备 按照计量配比分别将正极活性物质（电池级 氢氧化镍，河南科隆公司）、负极活性物质（水系 活性炭，辽宁朝阳森塬活性炭公司）与导电剂
按照设计的活性物质量负载量，正、负极片厚 度及正、负极片数量等制成的极片如图２所示。 负极极片包覆隔膜（图２ｂ）后与正极（图２ａ）交互 叠加，得到芯体（图２ｃ）。隔膜比极片边缘长２—
５
ｍｍ，以防止正、负极短路。活性物质的分散程
度直接影响超级电容器的性能，为了进一步确定 活性物质在泡沫镍基体中的分散情况，用扫描电
因此，汽车供应商们必
保组件的安全连接二可以说，动力总成的整体效率在很大程度上都要取决于这些轴类件的功能性
须具备快速、；隹确的批量生产这些高度复杂组件的能力、而且要保证生产的轴类件具备完美的几何形状，并最大可能的符
合成品要求 因为对于汽车设计师来说，他们能够接受的公差范围仅有几微米＝机床专家埃马克数十年来始终致力于车 床技术的研究与开发。创新型轴类件加工技术解决方案——四轴倒立式轴类件车床ｖＴ４—４，开启了机床加工领域的新篇
汽车工艺与材料ＡＴ＆Ｍ
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万方数据
土 生
产 产
坝 项
强 恼
图３超级电容器正极极片不同放大倍数的ＳＥＭ照片
ｌｄ
Ｊ １０００×
图４超级电容器负极极片不同放大倍数的ＳＥＭ照片
左右并趋于稳定；在经过初始２０个循环后，放电 容量在４ ０００ Ｆ左右。
性物质，通过制浆、涂覆、烘干、裁片、叠片、人壳、 注液、老化等步骤得到超级电容器单体，并对电极 形貌和单体的充／放电性能进行了测试。通过测试 发现所制备电极中活性物质均匀分布在泡沫镍集 流体周围，超级电容器在经过２０次循环后，容量约
３结论
以氢氧化镍和活性炭分别作为正极和负极活
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万方数据
土 生
７
产
Ｓ Ｏ
搬 琐强 琢。
Ｌ Ｕ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ
Ｓ
Ｈ
Ｏ
Ｐ
二
循环次数，次
ｌ ２ ３ ４ ５
波电容量 ｝／Ｆ
４
充（放）电效率／％
７７．５ ９２．７ ９３．８ ６３．３ ８７．２ ９４．０ ９５．６
８１３
４ ７８６ ４ ７７５ ３
ｅｄｉｔｉｏｎ）［Ｍ］，ＣＲＣ
Ｐｒｅｓｓ，２００８，２６７—２８３． ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｆｕｎ－ Ａｃａ－
［２］Ｂ．Ｅ．Ｃｏｎｗａｙ，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］，Ｋｌｕｗｅｒ
ｄｅｍｉｃ／Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９９９，２６－５８．
（ｂ）容量测试 图５超级电容器单体样件充／放电测试
１６
１７ １８ １９ ２０
４ ４１９ ４ ３ｌｌ ４ ３１６ ４ ０２５ ４ ０８５
为４
０００
Ｆ，循环过程中充放电效率维持在９５％左
右。所制备的单体具有超级电容器和电池的双重 储能特性，容量大、效率高；在继续优化正、负极比 例，延长单体的循环寿命之后，可以进一步提高容 量和循环性能，并有望作为电动汽车的动力电源。
ｔｉｏｎ
ｉｎ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ，Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．【Ｊ】，２００９，（２），
５５９—５８８．
【４］Ｆｕｊｉ
Ｊｕｋｏｇｙｏ
Ｋａｂｕｓｈｉｋｉ
Ｋａｉｓｈａ［Ｐ］，
ＵＳ
ｐａｔｅｎｔ，
ＵＳ７８１７４０３８２
ｄｅｓｉｇｎ（ｓｅｃ—
［５］富士重工业株式会社，锂离子电容器【Ｐ］，中国专利，公 开号ＣＮｌ９５４３９７Ａ． ［６】天相投资，超级电容器：战略价值远超锂电池的标准低 碳经济核心产品，２０１０，卜３２． 【７］中国社会经济调查研究中心，中国超级电容器市场竞争
４７
万方数据
．土 生
产 亭
饧 坝 瑛饧
负做
脚ｅ
图１
超级电容器设计极片、单体及储能机理示意图
ＶＧＣＦ（日本昭和公司）、粘结剂ＰＴＦＥ乳 液（６０％固含量，广州松柏公司）在乙醇／ 水（北化试剂）中利用匀浆机（ＩＫＡ）搅拌 混合均匀，制成正极浆料和负极浆料。 将上述得到的正极浆料和负极浆料 均匀涂覆在泡沫镍（面密度为４２０
［３］Ｊａｓｏｎ
Ｂａｘｔｅｒ，Ｚｈｉｘｉ Ｂｉａｎ，Ｇａｎｇ Ｃｈｅｎ，Ｄａｖｉｄ Ｄａｎｉｅｌｓｏｎ，Ｍｉｌ一
研穿报告，２００８，卜５０．
圈
埃马克ＶＴ ４－４倒立式车床：轴类件高效加工新理念
形状，且在使用过程中担当着特殊的作用
驱动轴和齿轮轴的生产可以说是代表了汽车制造过程中非常关键的环节 其中有很多组件有十分精密且复杂的几何 如，高精度齿轮能够确保变速箱内高效的扭矩传动，而高精度轴肩和槽能够确
２５
ｇ／ｍ２±
ｇ／ｍ２，长沙力元公司）集流体上，烘干至
（ａ）正极极片 （ｂ）包覆隔膜的负极极片 图２极片和芯体的照片 （ｃ）芯体
衡重；按照设计要求（图１）裁切极片，在对 辊机（武汉千里马公司）上轧制，制成正极 极片和负极极片；负极极片包覆隔膜（水 系隔膜，苏州贝格公司）后，与正极极片交替叠成
子显微镜（ＳＥＭ，飞利浦公司）对极片的微观结构 进行分析。从正极极片（图３）和负极极片（图４） 不同放大倍率的ＳＥＭ照片看出，活性物质均匀分 散在泡沫镍基体中。 以单体ＡＥＮＣ２０１２０２０８—０１为例研究超级电容 器单体的充／放电性能。从图５可以很明显看出， 测试曲线具有等腰对称结构，这是明显的超级电 容器充放电特征，在１．０～１．５ Ｖ间具有一段缓慢的 变化曲线，类似于电池平台，这主要是由单体中氢 氧化镍材料表现出来的，说明单体具有超级电容 器和电池的双重储能特性，进而提高了单体的比 能量。 对单体ＡＥＮＣ２０１２０２０８—０１进行进一步循环测 试，结果见表１。从循环次数、放电容量、等效内 阻和充放电效率看出，初始充放电时，充／放电效 率比较低，放电容量比较高，内阻比较低。随着 充／放电次数的增加，充／放电效率逐渐提高至９５％