CN108878151B - 一种700-750v铝电解电容器用电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种700‑750V铝电解电容器工作电解液，包括：溶质、主溶剂、副溶剂及添加剂，其中溶质为式(I)所示高分子聚合物的铵盐，其分子量分布范围为20000～100000。以式(I)所示高分子聚合物的铵盐为溶质组成的电解液能够明显的提高电容器的闪火电压，所得电容器电导率较好，经高温长时间测试后其容量变化率、Tanδ、漏电流和外观变化少，高温稳定性更好，能够满足700‑750V的超高压铝电解电容器的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解电容器电解液技术领域，具体涉及超高压铝电解电容器用电解液技术领域，特别涉及一种700-750V铝电解电容器用电解液。
背景技术
铝电解电容器在滤波、旁路、耦合、谐振、移相和储能等领域有着广泛的运用。随着电子元器件集成化和高速处理化技术地高速发展，具有“耐高压、耐高温、长寿命、耐高频波纹电流、低阻抗和低漏电流”等优点的铝电解电容器是目前的发展趋势。
在铝电解电容器中，电解液对电容器的高温寿命、耐电压、阻抗和损耗因子等性能有着极其重要的影响。电解液主要由溶质、溶剂和添加剂构成。其中，溶质的高温性能和闪火电压直接影响着电容器的高温寿命和耐电压。从最初以硼酸或硼酸铵等无机酸及其铵盐为主溶质发展到以直链羧酸及其铵盐作为主溶质来制备电解液，随着碳原子数量的增多，电容器的闪火电压得以增加，但降低了溶质的溶解度，电解液的电导率也随之降低，用其制备的电容器难以达到低损耗的要求。同时，使用过程中易出现漏液、腐蚀、燃烧及高温下溶质发生化学反应等现象，无法满足电容器耐高温和长寿命的要求而逐渐被淘汰。近年来，支链羧酸盐由于侧链基团的空间位阻作用和烷氧基团的极化作用，相对于直链羧酸盐而言具有更高的溶解能力和更强的化学修复能力，使得铝电解电容器具有低有效阻抗、耐大波纹电流等优点，因而应用广泛。
现阶段使用的超高压铝电解电容器，为了获得高的闪火电压，除了依靠电解液主溶质本身的性能外，一般还要添加闪火电压提升剂，如聚乙二醇、聚丙烯酸铵、聚乙烯醇磷酸酯、纳米无机氧化物粒子和聚环氧乙烷环氧丙烷醚中的一种或几种，由于其不导电，因此，并不能增加电解液的电导率。同时，随着使用时间的延长，电解液的组分会发生化学变化，造成水分含量增加、电导率降低、闪火电压降低和电容器损耗因子DF变化率增加等。由于电解液的闪火电压降低，在高温负荷时，电极箔易出现打火现象，氧化膜被破坏，造成阳极腐蚀。随着电容器的相关参数急剧恶化，最终造成电容器失效，其可靠性无法适应未来电容器的发展趋势。目前，为满足新型设备的需求，需要开发工作电压700V以上的铝电解电容器，以减少串联个数，同时在某些领域还可以取代价格更贵的薄膜电容，以满足市场及新设备的需求，而国内超过500V的电容器还处于不成熟的阶段，尤其是开发工作电压700V以上的产品，需要先开发相应的高稳定电解液。
发明内容
针对上述问题，本发明的技术方案提供一种700-750V铝电解电容器用电解液，包括：溶质、主溶剂、副溶剂及添加剂，其中溶质为式(I)所示高分子聚合物的铵盐，
所述式(I)所述高分子聚合物的分子量分布范围为20000～100000。
在一些实施方式中，所述电解液中各成分质量百分比为：
其中各组分含量百分数之和等于100％。
在一些实施方式中，所述主溶剂选自丙三醇、二甘醇、三甘醇、2-甲基丙二醇、丁四醇中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述副溶剂选自乙二醇、乙二醇单丁醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单丁醚中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述添加剂包括消氢剂、稳定剂、闪火电压提升剂和防水合剂；所述消氢剂选自对硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸、对硝基苯酚、间硝基乙酰苯、间苯二酚、对苯二酚或邻硝基茴香醚中的一种或多种；所述稳定剂选自甘露糖醇、山梨糖醇、磷酸氢二铵、植酸、磷酸二乙酯、磷酸一丁酯、聚磷酸、香茅醇或聚磷酸铵盐中的一种或多种；所述防水合添加剂选自磷酸、磷酸铵盐、次亚磷酸及其铵盐和硅酸化合物或其铝盐中的一种或多种；所述闪火电压提升剂选自聚乙二醇400-20000、聚丙二醇、聚丙烯醇、聚合脂肪酸、聚合脂肪酸铵和纳米无机氧化物中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述电解液由以下质量百分比的原料组成：
在一些实施方式中，所述电解液由以下质量百分比的原料组成：
在一些实施方式中，所述电解液由以下质量百分比的原料组成：
在一些实施方式中，所述电解液由以下质量百分比的原料组成：
本发明的技术方案还公开式(I)所示的高分子聚合物的合成方法，所述方法包括：
1)向反应釜内加入丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、山梨酸、丙烯酸、引发剂和溶剂；
2)室温搅拌0.5～1h后，升温至75～90℃，继续反应10～48h；
3)向反应釜内滴加等体积的水，继续搅拌2～4h后过滤，滤饼用水洗涤，干燥即得式(I)高分子聚合物。
在一些实施方式中，所述引发剂选自过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的一种；优选的，所述引发剂为过氧化苯甲酰。
在一些实施方式中，所述溶剂选自四氢呋喃、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺和无水甲醇中的一种；优选的，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
在一些实施方式中，所述丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、山梨酸和丙烯酸的摩尔比为1:1-1.5:0.7-1.1:0.4-0.9。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供以式(I)所示的高分子聚合物的铵盐作为溶质的电解电容器的电解液，能够明显的提高电容器的闪火电压，所得电容器电导率较好，所制得电容器经高温长时间测试后其容量变化率、Tanδ、漏电流和外观变化更少，说明其具有较好的耐大波纹电流性能，能够满足700～750V以上的超高压铝电解电容器的使用要求。
术语定义
本发明意图涵盖所有的替代、修改和等同技术方案，它们均包括在如权利要求定义的本发明范围内。本领域技术人员应认识到，许多与本文所述类似或等同的方法和材料能够用于实践本发明。本发明绝不限于本文所述的方法和材料。在所结合的文献、专利和类似材料的一篇或多篇与本申请不同或相矛盾的情况下(包括但不限于所定义的术语、术语应用、所描述的技术等等)，以本申请为准。
应进一步认识到，本发明的某些特征，为清楚可见，在多个独立的实施方案中进行了描述，但也可以在单个实施例中以组合形式提供。反之，本发明的各种特征，为简洁起见，在单个实施方案中进行了描述，但也可以单独或以任意合适的子组合提供。
除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。
除非另外说明，应当应用本发明所使用的下列定义。出于本发明的目的，化学元素与元素周期表CAS版，和1994年第75版《化学和物理手册》一致。此外，有机化学一般原理可参考"Organic Chemistry",Thomas Sorrell,University Science Books,Sausalito:1999,和"March's Advanced Organic Chemistry”by Michael B.Smith and JerryMarch,John Wiley&Sons,New York:2007中的描述，其全部内容通过引用并入本发明。
术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。
术语“室温”是指温度范围为25±5℃。
除非明确地说明与此相反，否则，本发明所述的温度为范围值。例如，“80℃高温”表示温度的范围为80℃±5℃。
具体实施方式
以下所述的是本发明的优选实施方式，本发明所保护的不限于以下优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说在此发明创造构思的基础上，做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。
式(I)高分子聚合物铵盐的合成
(1)向1000mL的圆底烧瓶中加入丙烯酸丁酯(12.82g)、丙烯酸羟乙酯(13.93g)、山梨酸(8.9g)、丙烯酸(3.6g)，同时加入偶氮二异丁腈(0.5g)，溶剂四氢呋喃(200mL)；
(2)室温搅拌30min，溶解均匀后，升温至80℃，反应24h；
(3)反应结束后向，向反应釜内加入等体积的水，继续搅拌5h，过滤，滤饼用纯水洗涤，干燥后即得式(I)高分子聚合物(29.95g)，收率76.3％；
(4)将干燥后的式(I)高分子聚合物配制成20％的乙二醇溶液，并通氨成盐；
对比例和本发明实施例的电解液组成，如表1所示。
表1对比例与实施例电解液配方
上述电解液所得的电容器进行检测，初始值如表2所示。
表2初始检测值
| 电导率(30℃、ms/cm) | 闪火电压(V) | |
| 实施例1 | 0.48 | 703 |
| 对比例1 | 0.45 | 674 |
| 实施例2 | 0.45 | 724 |
| 对比例2 | 0.41 | 711 |
| 实施例3 | 0.57 | 702 |
| 对比例3 | 0.55 | 691 |
| 实施例4 | 0.43 | 732 |
| 对比例4 | 0.40 | 714 |
本发明实施例与对比例的电解液所得电解电容器经105℃高温贮存后，容量、漏电流等变化如表3所示。
表3高温贮存参数
从表2和表3中电容器产品性能参数变化可发现，溶质选用式(I)所示高分子聚合物的铵盐体系的工作电解液所得的电解电容器闪火电压较高(≥702V)，电导率较对比例好，经高温长时间测试后其容量变化率、Tanδ、漏电流和外观变化少，高温稳定性更好。
综上所述，本发明提供的以高分子聚合物为主溶质的超高压铝电解电容器用该电解液，能够显著提高电容器的相关性能，满足700-750V的超高压铝电解电容器的使用要求。
Claims (9)
1.一种700-750V铝电解电容器用电解液，包括：溶质、主溶剂、副溶剂及添加剂，其中溶质为式（I）所示高分子聚合物的铵盐，
其分子量分布范围为20000~100000。
所述溶质、主溶剂、副溶剂及添加剂的质量百分比为：
主溶剂 40%~70%；
溶质 5%~25%；
副溶剂 15%~45%；
添加剂 1%~10%；
其中各组分含量百分数之和等于100%。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述主溶剂选自丙三醇、二甘醇、三甘醇、2-甲基丙二醇、丁四醇中的一种或多种；所述副溶剂选自乙二醇、乙二醇单丁醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单丁醚中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括消氢剂、稳定剂、闪火电压提升剂和防水合添加剂；所述消氢剂选自对硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸、对硝基苯酚、间硝基乙酰苯、间苯二酚、对苯二酚或邻硝基茴香醚中的一种或多种；所述稳定剂选自甘露糖醇、山梨糖醇、磷酸氢二铵、植酸、磷酸二乙酯、磷酸一丁酯、聚磷酸、香茅醇或聚磷酸铵盐中的一种或多种；所述防水合添加剂选自磷酸、磷酸铵盐、次亚磷酸或其铵盐、硅酸或其铝盐中的一种或多种；所述闪火电压提升剂选自聚乙二醇400-20000、聚丙二醇、聚丙烯醇、聚合脂肪酸、聚合脂肪酸铵和纳米无机氧化物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中各成分的质量百分比为：
二甘醇 48.9%；
乙二醇 35%；
磷酸二乙酯 0.1%；
式(I)高分子聚合物铵盐 15%；
对硝基苯甲醇 1%。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中各成分的质量百分比为：
二甘醇 63.9%；
乙二醇单丁醚 20%；
磷酸一丁酯 0.1%；
式(I)高分子聚合物铵盐 15%；
对硝基苯甲醇 1%。
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中各成分的质量百分比为：
2-甲基丙二醇 48%；
乙二醇 34%；
香茅醇 2%；
式(I)高分子聚合物铵盐 15%；
邻硝基茴香醚 1%。
7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述式（I）所示的高分子聚合物的合成方法，包括：
1）向反应釜内加入丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、山梨酸、丙烯酸、引发剂和溶剂；
2）室温搅拌0.5~1 h后，升温至75~90 ℃，继续反应10~48 h；
3）向反应釜内滴加等体积的水，继续搅拌2~4 h后过滤，滤饼用水洗涤，干燥即得式（I）高分子聚合物；
其中，所述引发剂选自过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的一种；
所述溶剂选自四氢呋喃、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺和无水甲醇中的一种。
8.根据权利要求7所述的电解液，其特征在于，所述丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、山梨酸和丙烯酸的摩尔比为1:1-1.5:0.7-1.1:0.4-0.9。
9.一种使用权利要求1~8任一项所述的电解液制成的铝电解电容器。
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