CN112951606A - 一种高压螺栓电容器用电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压电容器用电解液，通过选用聚合羧酸铵盐和8,13‑二甲基‑8,12‑二烯‑二十碳二羧铵盐作为溶质，并采用酰胺结构的聚乙烯醇与乙二醇的反应产物作为闪火提升剂，能够提高闪火电压。该电解液可承受600V高压，适合‑25℃～+85℃条件使用，性能稳定。并能够减少使用端串并联电容数量，即大幅度降低成本又可缩小设备体积。
Description
技术领域
本发明涉及螺栓电容器电解液技术领域，具体涉及一种高压螺栓电容器用电解液，以及该电解液的制备方法。该电解液适用于电压在600V以上的螺栓电容器。
背景技术
随着社会经济的飞速发展，智能化生活越来越普及，其中机器代替人力劳作是未来发展的必然趋势。而实现智能化控制需要大力发展伺服驱动器、变频器、机器人控制器等设备，间接需要大容量高电压电容满足设备要求。据了解伺服驱动器、变频器、机器人控制器等设备的市场需求巨大，而大容量高电压铝电解电容占伺服驱动器、变频器、UPS电源等产品的整机成本约10％左右，所以大容量高电压铝电解电容中国年市场容量约80个亿。目前市场采用多组低压(多为300V或400V)大容量铝电解电容串并联方式满足设备需求，但是成本较高。若开发高压大容量电容，可将串并联电容数量减少一半，甚至更多，能够使成本大幅降低。
目前国内批量生产的高压大电容600V以上产品的厂家很少，600V以上高压大电容处于技术研发阶段。对于铝电解电容，铝箔、电解纸等材料均可满足600V甚至700V产品设计，技术难点在于电解液。因此急需开发一款能够满足现在高压大电容产品的超高压电解液。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高压螺栓电容器用电解液，其可承受600V高压，性能稳定，适合大批量生产和使用。
本发明的第二目的在于提供上述电解液的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明涉及一种高压螺栓电容器用电解液，其包括20～50重量份的主溶剂、3～35重量份的辅助溶剂、10～35重量份的主溶质、3～13重量份的辅助溶质、17～50重量份的闪火提升剂，以及1～12重量份的消氢剂；
所述闪火提升剂通过使具有酰胺结构的聚乙烯醇、乙二醇和硼酸反应制备得到。
优选地，所述主溶剂和辅助溶剂为多元醇类化合物，优选所述主溶剂为乙二醇，所述辅助溶剂为丙三醇、甘露醇和聚乙二醇的混合溶剂。其中主溶剂对于溶质和添加剂具有良好的溶解性，辅助溶剂具有增加溶质溶解性和稳定溶剂的作用。
优选地，所述主溶质为聚合羧酸铵盐。本发明选择的聚合羧酸铵盐具有超长碳链，其离子半径大，屏蔽作用强，在高温下的化学性能稳定。能有效防止电子雪崩效应，提高闪火电压，并阻止有害离子对介质膜的侵蚀。
优选地，所述辅助溶质为8,13-二甲基-8,12-二烯-二十碳二羧酸铵盐。所述羧酸铵盐的主碳链含有二十个碳原子并带有支链，支链能够提高该羧酸铵盐的溶解度，并对羧酸的酯化具有位阻效应，使其不易酐化及酰胺化。总体提升电解液的高温稳定性，降低饱和蒸气压。
优选地，所述闪火提升剂的原料包括5～20重量份具有酰胺结构的聚乙烯醇，8～20重量份的乙二醇，3～10重量份的水，以及5～15重量份的硼酸。其中，具有酰胺结构的聚乙烯醇的制备方法为现有技术，即对聚乙烯醇进行酰胺化改性，例如采用醋酸乙烯为主体与少量丙烯酰胺共聚，共聚物中以醋酸乙烯及乙烯醇为主体(聚乙烯醇改性研究进展，合成纤维工业，第28卷第1期，2005)。
优选地，所述闪火提升剂的制备方法包括以下步骤：
将所述具有酰胺结构的聚乙烯醇、乙二醇、水和硼酸混合后，在150～170℃下搅拌反应2～6h，得到所述闪火提升剂。
现有技术中通常添加普通聚乙烯醇改善电解液的闪火性能，其粘度约为68400mPa.S。本发明提供的闪火提升剂粘度约为42000mPa.S，该闪火提升剂能够提高电解液的闪火电压值和电导率。与现有技术相比，本发明闪火提升剂的粘度较低，更有利于电解液的含浸效果，将其用于电容器后损耗较低。
优选地，所述消氢剂选自丁基磷酸酯、次亚磷酸铵、硝基乙酰苯、硅溶胶乙二醇、邻硝基苯乙酮中的至少一种。其中硅溶胶乙二醇是将二氧化硅纳米颗粒分散于乙二醇中形成的，也称为乙二醇硅溶胶或乙二醇纳米硅溶胶。
本发明还涉及所述电解液的制备方法，包括将所述主溶剂和辅助溶剂混合后加入闪火提升剂，然后加入主溶质和辅助溶质，最后加入消氢剂。
优选地，所述制备方法包括以下步骤：
将所述主溶剂和辅助溶剂混合后加热至135～150℃，加入闪火提升剂保温50～70nin，然后冷却至100～120℃，加入主溶质和辅助溶质保温50～70nin，然后冷却至80～100℃，加入消氢剂保温20～40nin。配制完成后将电解液冷却至60℃以下即可使用。
本发明的有益效果：
本发明提供一种高压电容器用电解液，通过选用聚合羧酸铵盐和8,13-二甲基-8,12-二烯-二十碳二羧铵盐作为溶质，并采用酰胺结构的聚乙烯醇与乙二醇的反应产物作为闪火提升剂，能够提高闪火电压。该电解液可承受600V高压，适合-25℃～+85℃条件使用，性能稳定。并能够减少使用端串并联电容数量，即大幅度降低成本又可缩小设备体积。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例
将具有酰胺结构的聚乙烯醇、乙二醇、水和硼酸混合后，在160℃下搅拌反应3h，得到闪火提升剂。
将主溶剂和辅助溶剂混合后加热至140℃，加入闪火提升剂保温60nin，然后降温至110℃，加入主溶质和辅助溶质保温60nin，然后降温至90℃，加入消氢剂保温30nin。配制完成后冷却至60℃以下，得到高压电容器用电解液。改变各组分的种类和重量份数，得到实施例1～4。电解液各组分的具体种类和加入的重量份见表1。
其中聚合羧酸铵盐、8,13-二甲基-8,12-二烯-二十碳二羧铵盐、具有酰胺结构的聚乙烯醇和普通聚乙烯醇均购自武汉海斯普林科技发展有限公司。
闪火电压通过将未化成导箔条浸入电解液中，浸入面积约1cm2，启动TV测试仪读取得到。电导率采用电导率测试仪测试读取得到。
表1
改变实施例3中的原料或反应条件，得到实施例5～10，具体设置见表2。
表2
| 实施例 | 改变的原料或反应条件 |
| 实施例5 | 未加入聚合羧酸铵盐。 |
| 实施例6 | 未加入8,13-二甲基-8,12-二烯-二十碳二羧酸铵盐。 |
| 实施例7 | 闪火提升剂的制备方法中，以普通聚乙烯醇代替具有酰胺结构的聚乙烯醇。 |
| 实施例8 | 闪火提升剂的制备方法中，反应温度为140℃。 |
| 实施例9 | 闪火提升剂的制备方法中，反应温度为150℃。 |
| 实施例10 | 闪火提升剂的制备方法中，反应温度为180℃。 |
*除表2中记载参数以外，每一实施例的其它参数同实施例3。
对比例1和2为国内知名厂家生产的铝电解电容器用电解液，上述实施例和对比例电解液的性能对比见表3。
表3
从表3可知，实施例1～4的电解液具有较高的电导率和闪火电压。
实施例5未加入聚合羧酸铵盐，实施例6未加入8,13-二甲基-8,12-二烯-二十碳二羧酸铵盐，得到的电解液电导率降低，闪火电压升高。
实施例7以普通聚乙烯醇代替具有酰胺结构的聚乙烯醇，得到的电解液电导率与实施例1～4基本一致，闪火电压降低。
实施例8～10改变反应温度，电解液电导率升高，闪火电压降低。电导率和闪火电压是电解液的主要性能参数，但是一般情况下电导率和闪火电压之间为反比关系。电导率高，闪火电压会相应降低；而提高闪火电压，电导率降低。电导率影响产品的损耗，高电导的电解液能降低电容器的损耗，提高耐纹波电流能力。如具有较高的闪火电压，则能保证电解液的稳定性。
将实施例1、实施例3、实施例7、对比例1和对比例2的电解液用于规格为600V，3300μF，尺寸为76.2×155mm的铝电解电容器，测试在20℃，120Hz频率下进行，得到电容器的容量值和损耗百分数，结果见表4。
表4
| 电解液 | C(μF) | 损耗(％) |
| 实施例1 | 2918 | 8.6 |
| 实施例3 | 2900 | 9.5 |
| 实施例7 | 2912 | 11.5 |
| 对比例1 | 2921 | 12.5 |
| 对比例2 | 2910 | 12.8 |
| 判定标准 | 2640～3960 | ≤20％ |
上述电容器在工作过程中，容量值在标准值的±20％内波动均属正常。主要对比损耗百分数，该数值与电解液性能有绝对关联，损耗值越小，表示电解液性能越好。可以看出，与对比例相比，使用本发明电解液的电容器的损耗较低，说明电解液性能较好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高压螺栓电容器用电解液，其特征在于，所述电解液包括20～50重量份的主溶剂、3～35重量份的辅助溶剂、10～35重量份的主溶质、3～13重量份的辅助溶质、17～50重量份的闪火提升剂，以及1～12重量份的消氢剂；
所述闪火提升剂通过使具有酰胺结构的聚乙烯醇、乙二醇和硼酸反应制备得到。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述主溶剂和辅助溶剂为多元醇类化合物。
3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述主溶剂为乙二醇，所述辅助溶剂为丙三醇、甘露醇和聚乙二醇的混合溶剂。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述主溶质为聚合羧酸铵盐。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述辅助溶质为8,13-二甲基-8,12-二烯-二十碳二羧酸铵盐。
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述闪火提升剂的原料包括5～20重量份具有酰胺结构的聚乙烯醇，8～20重量份的乙二醇，3～10重量份的水，以及5～15重量份的硼酸。
7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述闪火提升剂的制备方法包括以下步骤：
将所述具有酰胺结构的聚乙烯醇、乙二醇、水和硼酸混合后，在150～170℃下搅拌反应2～6h，得到所述闪火提升剂。
8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述消氢剂选自丁基磷酸酯、次亚磷酸铵、硝基乙酰苯、硅溶胶乙二醇、邻硝基苯乙酮中的至少一种。
9.根据权利要求1至8任一项所述电解液的制备方法，其特征在于，包括将所述主溶剂和辅助溶剂混合后加入闪火提升剂，然后加入主溶质和辅助溶质，最后加入消氢剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述主溶剂和辅助溶剂混合后加热至135～150℃，加入闪火提升剂保温50～70nin，然后冷却至100～120℃，加入主溶质和辅助溶质保温50～70nin，然后冷却至80～100℃，加入消氢剂保温20～40nin，配制完成后将电解液冷却至60℃以下即可使用。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2021
- 2021-01-26 CN CN202110104953.2A patent/CN112951606B/zh active Active
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