CN102412067A - 双极性音频固体铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

双极性音频固体铝电解电容器，包括外壳、外壳内设置电容器芯子，芯子由巳覆膜形成导电聚合物层的阳极电极箔，电极引出线，覆膜隔离纸组成，引出线穿过外壳端部的封装橡皮头(7)伸出外壳外部制作步骤：阳极化成箔机械钉铆引出线并成盘卷盘；铆好引出线的化成箔覆聚合物导电材料膜；隔离纸覆聚合物导电材料膜；覆膜化成箔、覆膜隔离纸经机器卷圆柱状电容器芯子；芯子浸无氺淬取液，去除膜层杂质；芯子浸溶胶，联接导电膜层贯穿网络导电通道；施加直流电场，芯子电化学修复；加热芯子干燥并固化；装入铝柱体壳内，防潮封装；本发明制备出成本低、电性能参数值优异且质量一致性都能保证的聚苯胺双极性固体铝电解电容器。

Description

双极性音频固体铝电解电容器及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种电容器及其制备方法，尤其是涉及一种成本低、电性能参数值优异且质量一致性能保证的双极性音频固体铝电解电容器及其制备方法。

背景技术：

音响分频网络中分频器的作用是将前级输入的音频功率信号根据设计要求分成几个频段，然后将这些不同频段的信号分别输送到低频、中频和高频扬声器单元；根据扬声器有效频率范围，低频单元与中频单元的音频信号分频频率一般选择在1200～2250Hz，而中频单元与高频单元的音频信号分频频率选择在1500～6250Hz；早期在分频器中所使用的铝电解电容器，常用两只极性电解电容器对接代用，这样使用效果会产生音频功率信号衰减和失真严重，由于对高保真(Hi-Fi)音响的追求，从电解电容器家族派生出一种分频网络专用的双极性(BP)电解电容器。

电解电容器由于价格相对便宜，有足够大旳电容量，在分频器的低通和带通网络中广泛使用。低通和带通网络虽然频率不是太高，但是在纯交流的低压大电流状态下工作，使用铝电解电容器时，需要特别关注其ESR(串连等效电阻)、损耗角正切值和漏电流值，以及频率、温度阻抗特性等电性能指标。本发明方法制作的固体铝电解电容器较原先非固体铝电解电容器能提升多项电性能指标值，是制作高品质双极性铝电解电容器的创新技术。

通常固体聚合物铝电解电容器制备方法，可分为以下方法：

(一)叠片式导电聚合物固体铝电解电容器

叠片式导电聚合物固体铝电解电容噐以化学或电化学聚合的聚合物作为电容器导电阴极。

工艺流程如下：

裁切阳极箔充当电极-----浸聚合氧化剂溶液------烘干-------浸聚合物单体溶液-------烘干-------涂复胶体石墨--------涂银层---------叠层组合成型------树脂封装-------测量--------成品。

這种工艺制备时，其缺点在于，工艺复杂，产品合格率低，成本较高，具体为：

1.化学聚合时聚合物附着量少，须多次反复浸渍。

2.聚合膜结构，附着性及均匀性受工艺条件影响大，极易造成产品一致性差。

3.需制备现场精确控制聚合工艺参数，聚合反应会受温度、试剂浓度、PH值、以及聚合时间等诸多因素影响。

4.在形成导电聚合物层后需覆合石墨层、银层涂层、叠片等工艺处理，生产成本高。

(二)卷绕型聚合物膜固体铝电解电容器

其工艺流程如下：

裁切阳极箔充当电极------用隔离膜卷绕成芯子-------浸可溶导电聚合物溶液-------烘干---------加电压老练------烘干-------封装------测量------成品。

此种方法由于芯子多层隔离层和电极箔层，聚合物溶液均匀渗透困难，受固化过程中溶剂挥发影响，固化后在电极上难形成完整导电膜层。另受聚合物溶液的粘度、浸渍真空度、温度、成膜干燥程度等诸多因素，易造成容量小，而面接触电阻大易造成产品等效串联电阻(ESR)大，具体为：

1.由于在芯子的内外隔层吸液不等，成膜均匀性差。

2.一遍浸完固化后，二次浸渍溶液继续渗透困难。

3.导电聚合物形成受多道工艺过程影响，工艺控制难度较大。

发明内容：

本发明目的在于解决以前制备工艺制作双极性铝电解电容器存在的问题和不足，制备出成本低且质量与一致性能保证的聚苯胺双极性固体铝电解电容器。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

双极性音频固体铝电解电容器，包括外壳6、外壳内设置电容器芯子1，所述的电容器芯子包括表面巳覆膜形成导电聚合物层的阳极电极箔11，电极箔11上固定电极引出线12，隔离纸4包覆导电聚合物层并与阳极电极箔11卷绕形成电容器芯子1，所述的电极引出线12穿过外壳端部的封装橡皮头7伸出外壳外部。

双极性铝电解电容器采用固体电解质，固体电解质用可溶性高分子导电聚合物，电解质的形成方式采用电极箔覆盖，加入溶胶液促成膜层面结合，制作步骤：

(1)阳极化成箔机械铆接引出线并成盘卷盘；

(2)钉铆好引出线的化成箔覆聚合物导电材料膜；

(3)隔离纸覆聚合物导电材料膜；

(4)覆膜化成箔、覆膜隔离纸经机卷园柱状电容器芯子；

(5)芯子浸无氺淬取液，去除覆膜层杂质；

(6)芯子浸溶胶，联接导电膜层贯穿网络导电通道；

(7)施加直流电场，电容器芯子电化学修复；

(8)加热芯子干燥并固化；

(9)装入铝柱体壳内，防潮封装。

上述步骤(2)中，其覆膜流程为：

Ⅰ、可溶性聚苯胺溶液制备：

有机溶剂及其它部份材料采用：掺杂聚苯胺、间甲酚、N-甲基吡咯烷酮、二甲苯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸、磷酸三丁酯等。

用化学法聚合本征态聚苯胺后，得极细粉末(如中科院成都有机化学研究所产品)。将本征态聚苯胺粉末用去离子水浸泡6小时(去离子水体积10倍于聚苯胺)。布氏漏斗垫滤布，过滤浸泡后的聚苯胺，依次用高纯度去离子水清洗沉淀物，直至捡测无残留卤素离子。清洗后聚苯胺材料在温度100℃烘箱中充分干燥。

称取定量有机酸(十二烷基苯磺酸0.1-1M、樟脑磺酸0.1-1M)、聚苯胺0.5-2.5M于研磨搅拌容器中，加入N--甲基吡咯烷酮搅拌24小时。用布氏漏斗垫滤布，滤去沉淀，翠绿清液为掺杂导电聚苯胺溶液。

导电电解质涂覆溶液合成：掺杂导电聚苯胺为导电填料、1-10％樟脑磺酸助溶材料、在间甲酚溶剂中低温下超声搅拌12小时后，装入密封容器。

Ⅱ、钉铆好引出线的化成箔以0.1-10毫米/每秒速度经过盛有聚苯胺涂覆溶液盒。

Ⅲ、带有热风隧道窑风干，温度在30-100℃。

Ⅳ、覆膜过程同时连续成盘卷盘。

上述步骤(3)中，其隔离纸覆聚合物导电材料膜流程为：

Ⅰ、切割后成卷隔离纸在60-80℃烘箱干燥4-12小时

Ⅱ、隔离纸在盛有聚苯胺涂覆导电溶液盒中以0.1-10毫米/每秒速度拖浸。

Ⅲ、涂浸后隔离纸，连续风干成卷。

步骤(5)中，淬取液为甲醇、乙醇、乙二醇。

步骤(6)中，芯子浸溶胶为硅溶胶、碳溶胶，真空度小于1333Pa或加数个气压浸渍，浸渍温度20-60℃，1-24小时。

步骤(8)中，加热芯子的热源为远红外热源，干燥并固化30-100℃1-48小时。

采用上述技术方案，本发明覆膜卷绕型制固体铝电解电容器的生产方法，能解决以前制备工艺制作双极性铝电解电容器存在的问题和不足，制备出成本低且质量与一致性都能保证的聚苯胺双极性固体铝电解电容器；本发明双极性固体铝电解电容器，旨在提供一种不必区分正、反向电压50-100v的固体铝电解电容器。主要应用于音响分频电路的Bp电容器，电容器使用固体导电电解质，具有温度及频率阻抗特性具佳，有良好的音效保真效果。有极低串连等效电阻，与相同非固体铝电解电容器比较，具有更大的功率负载。

附图说明：

以下用附图对本发明详细说明：

图1是本发明示意图一；

图2是本发明的示意图二。

具体实施方式：

以下结合附图及实施例对本发明详述：

如图1、图2所示的本发明的实施方式，双极性音频固体铝电解电容器，包括外壳6、外壳内设置电容器芯子1，所述的电容器芯子包括表面巳覆膜形成导电聚合物层的阳极电极箔11，电极箔11上固定电极引出线12，隔离纸4包覆导电聚合物层并与阳极电极箔11卷绕形成电容器芯子1，所述的电极引出线12穿过外壳端部的封装橡皮头7伸出外壳外部。

双极性铝电解电容器采用固体电解质，固体电解质用可溶性高分子导电聚合物，电解质的形成方式采用电极箔覆盖，加入溶胶液促成膜层面结合，制作步骤：

(1)阳极化成箔机械铆接引出线并成盘卷盘；

(2)铆好引出线的化成箔覆聚合物导电材料膜；其覆膜流程为：Ⅰ、可溶性聚苯胺溶液制备：有机溶剂及其它材料可采用聚苯胺、间甲酚、N-甲基吡咯烷酮、二甲苯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸、磷酸三丁酯等。称取定量有机酸(十二烷基苯磺酸0.1-1M、樟脑磺酸0.1-1M)、聚苯胺0.5-2.5M于研磨搅拌容器中，加入N--甲基吡咯烷酮搅拌24小时。用布氏漏斗垫滤布，滤去沉淀，翠绿清液为掺杂导电聚苯胺溶液。

导电电解质涂覆溶液合成：掺杂导电聚苯胺为导电填料、1-10％樟脑磺酸助溶材料、在间甲酚溶剂中低温下超声搅拌12小时后，装入密封容器。

Ⅱ、铆好引出线的化成箔以0.1-10毫米/每秒速度经过盛有聚苯胺涂覆溶液；

Ⅲ、带有热风隧道窑风干，温度在30-100℃。

Ⅳ、覆膜过程连续成盘卷盘。

(3)隔离纸覆聚合物导电材料膜；其隔离纸覆聚合物导电材料膜流程为：

Ⅰ、切割后成卷隔离纸在60-80℃烘箱干燥4-12小时

Ⅱ、隔离纸在盛有聚苯胺导电覆膜溶液盒中以0.1-10毫米/每秒速度拖浸。

Ⅲ、涂浸后隔离纸，连续风干成卷。

(4)覆膜化成箔、覆膜隔离纸经机卷园柱状电容器芯子；

(5)芯子浸无氺淬取液，去除膜层杂质；淬取液为甲醇、乙醇、乙二醇。

(6)芯子浸溶胶，联接导电膜层贯穿网络导电通道；芯子浸溶胶为10-30％硅溶胶、碳溶胶，真空度小于1333Pa或加数个气压浸渍，浸渍温度20-60℃，1-24小时。

(7)施加直流电场(50-120V)，芯子电化学修复；

(8)加热芯子干燥并固化；加热芯子的热源为远红外热源，干燥并固化30-100℃，1-48小时。

(9)装入铝柱体壳内，防潮封装。

本发明中，制作固体电容器关键工序是在电极箔介质膜上及隔离纸形成导电高分子膜层和溶胶贯穿层间联接导电通道。电极箔覆膜通常采用化学和电化学方法，化学法可采用聚合物单体和氧化剂交替加入，在可控的条件下原位聚合成高分子膜。采用电化学法时，电聚合前，还需在电极箔上已形成绝缘电介质膜上预处理形成导电层，然后电场下电化学聚合导电膜。

本发明采用拖涂方式，从导电聚苯胺覆膜液储料盒中拖出箔条，随即进行烘干，在箔条上覆盖渗透于微孔的均匀的导电聚苯胺膜层。

用化学法聚合本征态聚苯胺(EB态)，依次用高纯度去离子水清洗，直至捡测清冼后水无色，硝酸银捡测清洗后水中无残留卤素离子，清洗好聚苯胺在60-100℃烘箱中充分干燥。

称取定量有机酸(十二烷基苯磺酸、樟脑磺酸等)、聚苯胺于搅拌容器中，加入二甲苯、间甲酚、N--甲基吡咯烷酮等搅拌24小时。用布氏漏斗垫滤布，滤去沉淀，翠绿清液为掺杂导电聚苯胺溶液。

导电电解质溶液合成：掺杂导电聚苯胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、溶剂(如二甲苯、N-甲基吡咯烷酮、间甲酚)、磷酸三丁酯等在低温下搅拌12小时后，装入密封容器。

聚苯胺电解质固体铝电解电容器制作：

用电极箔铆接引出线后和特种电容器纸(或适合衬垫材料)，经拖浸导电电解质覆膜溶液并烘干后，专用机器卷绕成电容器芯子。电容器芯子烘干，经溶剂淬取去除杂质后，重新烘干。浸入溶胶中。

可视产品设计参数决定浸渍方式。在负压和加压旳浸渍工艺过程间隔中或浸渍后，按设计电压进行老练，老练温度次序：常温——高温(+85℃)——常温，按额定老练电压处理结束后，在温度30-80℃烘箱中充分干燥电容器芯子。电容器芯子装上橡皮塞、铝壳进行封装。

试验例：

50V1.5μf双极性音频铝电解电容器(产品尺寸ф10×16)，已化成阳极电极箔，分切8mm宽/箔条，钉铆引出线。在盛装聚苯胺电解质溶液中0.1-10mm/每秒拖出，在60℃恒温箱中数小时烘干，放入干燥皿储存。

经拖浸干燥后箔条、隔离纸卷绕成电容器芯子，无氺淬取液去除部份末聚合单体分子、氧化剂、及杂质。处理后芯子需再次充分烘干。

芯子在专用电容器浸渍罐中，抽真空小于1333Pa后，注入二氧化硅溶胶液。数小时后大气加压1-10Kg气压。加压结束后取出，经额定老练电压处理后，在远红外干燥器中干燥数小时。

充分干燥芯子后经引出线装橡皮塞、放入铝壳经机悈卷边封装。

结果参见表1.

(本试验例：50V1.5μf、ф10×16，对比例：某国际品牌CE-BP(LZ)50V1.5μf、ф12.5×21)

表1.

本发明覆膜卷绕型制固体铝电解电容器的生产方法，能解决以前制备工艺制作双极性铝电解电容器存在的问题和不足，制备出成本低且质量与一致性都能保证的聚苯胺双极性固体铝电解电容器。

Claims (7)

1.双极性音频固体铝电解电容器，包括外壳(6)、外壳内设置电容器芯子(1)，其特征在于：所述的电容器芯子包括表面巳覆膜形成导电聚合物层的阳极电极箔(11)，电极箔(11)上固定电极引出线(12)，隔离纸(4)包覆导电聚合物层并与阳极电极箔(11)卷绕形成电容器芯子(1)，所述的电极引出线(12)穿过外壳端部的封装橡皮头(7)伸出外壳外部。

2.如权利要求1所述的双极性音频固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于：双极性铝电解电容器采用固体电解质，固体电解质用可溶性高分子导电聚合物，电解质的形成方式采用电极箔覆盖，加入溶胶液促成膜层面结合，制作步骤：

(1)阳极化成箔机械铆接引出线并成盘卷盘；

(2)钉铆好引出线的化成箔覆聚合物导电材料膜；

(3)隔离纸覆聚合物导电材料膜；

(4)覆膜化成箔、覆膜隔离纸经机卷圆柱状电容器芯子；

(5)芯子浸无氺淬取液，去除膜层杂质；

(6)芯子浸溶胶，联接导电膜层贯穿网络导电通道；

(7)施加直流电场，芯子电化学修复；

(8)加热芯子干燥并固化；

(9)装入铝柱体壳内，防潮封装。

3.如权利要求2所述的双极性音频固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于：上述步骤(2)中，其覆膜流程为：

Ⅰ、可溶性聚苯胺溶液制备：有机溶剂及其材料采用聚苯胺、间甲酚、N-甲基吡咯烷酮、二甲苯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸、磷酸三丁酯；

称取定量有机酸(十二烷基苯磺酸0.1-1M、樟脑磺酸0.1-1M)、聚苯胺0.5-2.5M于研磨搅拌容器中，加入N--甲基吡咯烷酮搅拌24小时。用布氏漏斗垫滤布，滤去沉淀，翠绿清液为掺杂导电聚苯胺溶液。

导电电解质涂覆溶液合成：掺杂导电聚苯胺为导电料、1-10％樟脑磺酸助溶材料、在间甲酚溶剂中低温下超声搅拌12小时后，装入密封容器。

Ⅱ、钉铆好引出线的化成箔以0.1-10毫米/每秒速度经过盛有聚苯胺覆膜溶液；

Ⅲ、带有热风隧道窑风干，温度在30-100℃。

Ⅳ、覆膜过程同时连续成盘卷盘。

4.如权利要求2所述的双极性音频固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于：上述步骤(3)中，其隔离纸覆聚合物导电材料膜流程为：

Ⅰ、切割后成卷隔离纸在60-80℃烘箱干燥4-12小时

Ⅱ、隔离纸在盛有聚苯胺导电溶液盒中以0.1-10毫米/每秒速度拖浸。

Ⅲ、涂浸后隔离纸，连续风干成卷。

5.如权利要求2所述的双极性音频固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，淬取液为甲醇、乙醇、乙二醇。

6.如权利要求2所述的双极性音频固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，芯子浸溶胶为硅溶胶、碳溶胶，真空度小于1333Pa或加数个气压浸渍，浸渍温度20-60℃，1-24小时。

7.如权利要求2所述的双极性音频固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于：步骤(8)中，加热芯子的热源为远红外热源，干燥并固化30-100℃，1-48小时。

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