CN114068184B - 一种铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝电解电容器及其制备方法。制备方法包括以下步骤：(1)素子卷绕：(2)电解液含浸，电解液中，溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇30‑55％、1,2‑亚乙基二醇15‑30％、苯甲醇8‑15％、聚乙二醇2‑10％、乙二醇独丁醚0.3‑0.8％和二甘醇甲醚5‑15％；添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N‑二乙基乙胺45‑62％、间硝基乙酰苯15‑25％、聚乙烯醇5‑12％、间苯二酚8‑10％、磷酸铵5‑8％、硝基苯甲酸0.8‑1.0％、消氢剂0.3‑0.5％；(3)封口组立；(4)老化步骤。本发明制备方法，改善铝电解电容器内部空间狭小且不易散热问题。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，尤其是涉及一种铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
随着电子设备的迅猛发展，个性化的电子产品越来越受到市场的欢迎，轻薄化、多功能化、个性化必然是将来电子产品的发展趋势。整机厂早已看准瞄头，所以大量的薄形化产品纷纷亮相。作为整机配套的电子元器件也必须顺应这种形势，这对铝电解电容器的尺寸及要求提出了挑战，传统结构的产品，已不能满足整机轻薄化的要求；耐振动铝电解电容器在这种要求下应运而生，尤其作为LED输入滤波，开关电源、车载电子的电容需求量较大，成为市场上的热门产品。
目前市场对于长型(高度大于30mm)铝电解电容器存在以下缺陷：
(1)传统用固定胶工艺来防止素子摆动，在长期工作中，其耐振动不足，即现有电容在振动环境中，素子易晃动，此类电容在振动环境中使用存在正、负极开路和短路的隐患；
(2)传统的电解液，尤其是高压传统硼酸铵盐体系的电解液，由于温度范围窄，长时间使用时，硼酸会和乙二醇酯化生成水造成漏电流回升，耐纹波能力不高，性能也不稳定；
(3)现有电解液的抑制产气能力不足，加上铝电解电容器内部空间狭小且不易散热，故在高温下由于大量产气造成内部压力过大容易引起产品开阀漏液；
(4)铝电解电容器高度较高，一般采用壳体内部灌注固定胶来防止素子摆动移位，这种传统的方法，不安全而且生产效率低，耐振动不足。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种铝电解电容器及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种铝电解电容器的制备方法，其包括以下步骤：
(1)素子卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成素子；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的素子浸入电解液中进行含浸处理，所述电解液由以下组份按重量百分比组成：溶剂51-65％、溶质27-39％和添加剂5-10％；
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇30-55％、1,2-亚乙基二醇15-30％、苯甲醇8-15％、聚乙二醇2-10％、乙二醇独丁醚0.3-0.8％和二甘醇甲醚5-15％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：已二醇铵40-60％、磷酸二氢铵10-26％、五硼酸铵8-12％、柠檬酸氢二铵0.8-1.2％、邻羟基苯甲酸0.3-0.5％和直链羧酸铵盐15-25％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N-二乙基乙胺45-62％、间硝基乙酰苯15-25％、聚乙烯醇5-12％、间苯二酚8-10％、磷酸铵5-8％、硝基苯甲酸0.8-1.0％、消氢剂0.3-0.5％；
(3)封口组立：将步骤(2)的素子入壳后进行双束腰封口组立；
(4)老化步骤。
作为本发明提供的所述铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述消氢剂为带硝基的苯环类化合物和苯酚类化合物复配形成。
作为本发明提供的所述的铝电解电容器的一种优选实施方式，所述带硝基的苯环类化合物选用邻硝基乙酰苯、邻硝基茴香醚中的一种或两种。
作为本发明提供的所述铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述苯酚类化合物选用间苯二酚和2,4-二硝基苯酚中的一种或两种。
在本发明铝电解电容器制备方法中，采用的电解液中，所述溶剂采用二乙二醇、1,2-亚乙基二醇、苯甲醇、聚乙二醇、乙二醇独丁、二甘醇甲醚组合，特别是二甘醇甲醚，其属于高沸点有机溶剂，溶解能力强。配制工作电解液时加入二甘醇甲醚作为辅助溶剂，可以获得满意的闪火电压，从470V提高到508V，溶质溶解度从1％增大到15％，不仅提高闪火电压，还具备降低电容器内部的压力的作用。
所述溶质主要用于提供修补氧化膜，维持电容器正常工作的正、负离子或离子基团的主要成分，具体地，以已二醇铵、磷酸二氢铵、五硼酸铵为主溶质，柠檬酸氢二铵、邻羟基苯甲酸为副溶质，并加入直链羧酸铵盐，虽然直链羧酸铵盐溶解度不大，但其电离后吸附在介质氧化膜表面，使表面电场均匀分布，对提高闪火电压和电解液的高温工作稳定性有一定的帮助。加入直链羧酸铵盐增加了高温条件下抑制酯化的能力，对羧基具有很好的保护作用，直链羧酸铵盐吸附在极箔表面对极箔的保护性强，因此，工作电解液中可以拓宽电解液的使用温度并使电解液具有高闪火电压。
所述添加剂是调节电解液粘度、电导率、提升闪火电压、钝化氧化膜和抑制氢气等作用，具体地，选用N,N-二乙基乙胺、间硝基乙酰苯、聚乙烯醇、间苯二酚、磷酸铵。本发明通过添加适量的聚乙烯醇改善硝基效应，可有效抑制饱和蒸气压的提高，防止水合与侵蚀，并进一步改善电容器的氧化效应率，从面实现进一步降低电容器内部的压力，提高产品的稳定性。
当铝电解电容器在进行氧化还原反应时，其负极无可避免的会产生氢气，因此采用了带硝基的苯环类物质使用做为消氢剂。但带硝基的苯环类物质的过多使用容易提高电子发射的频率使得闪火容易发生，为了解决此问题，本发明选用带硝基的苯环类化合物和苯酚类化合物复配作为消氢剂，达到比较好的吸收氢气效果，减少了其老化起鼓现象及避免了用量过多影响闪火电压的稳定，极好的高温稳定性可以在产品内部温升增加的情况下防止产品性能劣化。
本发明选用混合直链羧酸铵盐+二甘醇甲醚+聚乙烯醇体系的电解液，具有优异的化成性能和极强的高温稳定性及化学稳定性，能制造出耐高压、高纹波、高耐热、长寿命的电容产品。
作为本发明提供的所述铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述阳极箔为高耐压低比容电极箔。
作为本发明提供的所述铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述高耐压是指耐压690VF以上，所述低比容是指比容0.45μF/cm2以下。
阳极箔是铝电解电容器的关键材料，耐压和比容高低与铝电解电容器寿命有着直接的关系，本发明选用具备高耐压低比容的特性作为阳极箔，选用的阳极箔形成电压越高，产品漏电越小，阳极箔比容越低，在开片面积更大，单位发热量低，而且对于降低产品损耗从而减少温升有很大的益处。
作为本发明提供的所述铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述铝电解电容器是指高度大于30mm的铝电解电容器。
作为本发明提供的所述铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述铝电解电容器是指高度为50～60mm的铝电解电容器。
作为本发明提供的所述铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述铝电解电容器是指高度大于60mm的铝电解电容器。
高度30mm以上的铝电解电容器产品，由于内部素子体积大，在制造加工流程和运输中素子容易产生移位，一般采取在电容器壳体内加入固定剂来防止素子移位，固定剂在加入前必须将固定剂预先加热到220～240℃使因定剂溶化成液体，然后再向电容器壳内注入液体固定剂，而且注入的量必须根据电容器外径尺寸、高度和素子体积来确定，过量注入影响电容器自身散热和早期失效，少量注入起不到防止素子移位的作用；而且由于固定剂温度较高，手工注入不安全，需要2个人同时操作生产效率低；针对以上不足，本发明采用一种双束腰技术，实现不用加固定剂，也能起到固定素子不晃动移位，使用过程耐振动，而且安全可靠，提高效率。
一种铝电解电容器，其由上述的制备方法制得。
一种铝电解电容器用工作电解液，由以下组份按重量百分比组成：溶剂51-65％、溶质27-39％和添加剂5-10％；
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇30-55％、1,2-亚乙基二醇15-30％、苯甲醇8-15％、聚乙二醇2-10％、乙二醇独丁醚0.3-0.8％和二甘醇甲醚5-15％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：已二醇铵40-60％、磷酸二氢铵10-26％、五硼酸铵8-12％、柠檬酸氢二铵0.8-1.2％、邻羟基苯甲酸0.3-0.5％和直链羧酸铵盐15-25％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N-二乙基乙胺45-62％、间硝基乙酰苯15-25％、聚乙烯醇5-12％、间苯二酚8-10％、磷酸铵5-8％、硝基苯甲酸0.8-1.0％、消氢剂0.3-0.5％。
作为本发明提供的所述的铝电解电容器用工作电解液的一种优选实施方式，所述消氢剂为带硝基的苯环类化合物和苯酚类化合物复配形成。
作为本发明提供的所述的铝电解电容器用工作电解液的一种优选实施方式，所述带硝基的苯环类化合物选用邻硝基乙酰苯、邻硝基茴香醚中的一种或两种。
作为本发明提供的所述的铝电解电容器用工作电解液的一种优选实施方式，所述苯酚类化合物选用间苯二酚和2,4-二硝基苯酚中的一种或两种。
本发明具有如下有益效果：
本发明制备的铝电解电容器，改善铝电解电容器内部空间狭小且不易散热问题，解决在高温下由于大量产气造成内部压力过大容易引起产品开阀漏液的问题，并提高耐纹波能力，稳定电性能。本发明选用混合直链羧酸铵盐+二甘醇甲醚+聚乙烯醇体系的电解液，带硝基的苯环类化合物和苯酚类化合物复配形成消氢剂，以及选用高耐压低比容阳极箔，结合双束腰技术，实现不用加固定剂，也能起到固定素子不晃动移位，使用过程耐振动，而且安全可靠，提高效率，制备出具有优异的化成性能和极强的高温稳定性及化学稳定性，能制造出耐高压、高纹波、高耐热、长寿命的电容产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
一种60mm高的铝电解电容器，其包括以下步骤：
(1)素子卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成素子；其中，所述阳极箔为高耐压低比容电极箔；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的素子浸入电解液中进行含浸处理，使电解液充分浸渍到素子上；所述电解液由以下组份按重量百分比组成：溶剂58％、溶质34％和添加剂8％；
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇45％、1,2-亚乙基二醇25％、苯甲醇8.7％、聚乙二醇10％、乙二醇独丁醚0.3％和二甘醇甲醚11％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：已二醇铵50％、磷酸二氢铵22.1％、五硼酸铵11.5％、柠檬酸氢二铵1％、邻羟基苯甲酸0.4％和直链羧酸铵盐15％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N-二乙基乙胺45％、间硝基乙酰苯25％、聚乙烯醇12％、间苯二酚10％、磷酸铵6.6％、硝基苯甲酸1％、消氢剂0.4％；所述消氢剂为邻硝基乙酰苯和间苯二酚复配；
(3)封口组立：将步骤(2)的素子入壳后进行双束腰封口组立；
(4)老化步骤。
实施例2
一种50mm高的铝电解电容器，其包括以下步骤：
(1)素子卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成素子；其中，所述阳极箔为高耐压低比容电极箔；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的素子浸入电解液中进行含浸处理，使电解液充分浸渍到素子上；所述电解液由以下组份按重量百分比组成：溶剂51％、溶质39％和添加剂10％；
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇55％、1,2-亚乙基二醇15％、苯甲醇15％、聚乙二醇5％、乙二醇独丁醚0.5％和二甘醇甲醚9.5％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：已二醇铵40％、磷酸二氢铵26％、五硼酸铵7.9％、柠檬酸氢二铵0.8％、邻羟基苯甲酸0.3％和直链羧酸铵盐25％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N-二乙基乙胺62％、间硝基乙酰苯15％、聚乙烯醇5％、间苯二酚8.9％、磷酸铵8％、硝基苯甲酸0.8％、消氢剂0.3％；所述消氢剂为邻硝基茴香醚和2,4-二硝基苯酚复配；
(3)封口组立：将步骤(2)的素子入壳后进行双束腰封口组立；
(4)老化步骤。
实施例3
一种30mm高的铝电解电容器，其包括以下步骤：
(1)素子卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成素子；其中，所述阳极箔为高耐压低比容电极箔；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的素子浸入电解液中进行含浸处理，使电解液充分浸渍到素子上；所述电解液由以下组份按重量百分比组成：溶剂65％、溶质27％和添加剂8％；
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇35％、1,2-亚乙基二醇30％、苯甲醇14％、聚乙二醇5.2％、乙二醇独丁醚0.8％和二甘醇甲醚15％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：已二醇铵60％、磷酸二氢铵10％、五硼酸铵12％、柠檬酸氢二铵1.2％、邻羟基苯甲酸0.5％和直链羧酸铵盐16.3％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N-二乙基乙胺53％、间硝基乙酰苯22.7％、聚乙烯醇10％、间苯二酚8％、磷酸铵5％、硝基苯甲酸0.8％、消氢剂0.5％；所述消氢剂为邻硝基茴香醚、间苯二酚和2,4-二硝基苯酚复配；
(3)封口组立：将步骤(2)的素子入壳后进行双束腰封口组立；
(4)老化步骤。
对比例1
对比例1的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇45％、1,2-亚乙基二醇25％、苯甲醇8.7％、聚乙二醇10％、乙二醇独丁醚0.3％和乙二醇11％。
对比例2
对比例2的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述溶质由以下组份按重量百分比组成：已二醇铵50％、磷酸二氢铵22.1％、五硼酸铵11.5％、柠檬酸氢二铵1％、邻羟基苯甲酸0.4％和十二双酸铵15％。
对比例3
对比例3的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N-二乙基乙胺50％、间硝基乙酰苯30％、间苯二酚12％、磷酸铵6.6％、硝基苯甲酸1％、消氢剂0.4％。
对比例4
对比例4的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述阳极箔为常规电极箔。
对比例5
对比例5的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述消氢剂为邻硝基乙酰苯和对硝基苯酚。
对比例6
对比例6的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述消氢剂为间苯二酚。
将实施例1-3及对比例1-6制得的电容器进行电学性能测试以及如波纹寿命5000h试验后的电学性能数据，具体如下表所示。
对比例1中将二甘醇甲醚替换为乙二醇，导致电解液闪火电压偏低，DF值偏大，纹波寿命试验后不仅容量下降比较明显，而且DF增幅也较大，且外观出现底微鼓；对比例2中将直链羧酸铵盐替换为十二双酸铵或其他铵盐，导致电解液闪火电压偏低，高温稳定性不高，纹波寿命试验后容量下降幅度大，而且DF增幅也大，且外观出现底微鼓；对比例3中省略了聚乙烯醇，导致不能降低内部压力，稳定性不高，纹波寿命试验后因产生气体而底鼓，不仅容量下降明显，而且DF增幅也大；对比例4中阳极箔为常规电极箔，选用不具备配合的高耐压、低比容的特性作为阳极箔，产品漏电偏大，并不利于降低产品损耗稳定性，纹波寿命试验后不仅容量下降明显，而且DF增幅也大，且外观出现底微鼓；对比例5中消氢剂为邻硝基乙酰苯和对硝基苯酚，导致不能有效抑制氢气的产生，防止产品性能劣化性不高，纹波寿命试验后因产生气体而底鼓，不仅容量下降明显，而且DF增幅也大；对比例6中消氢剂为间苯二酚，抑制产气能力不足，防止产品性能劣化性不高，纹波寿命试验后因产生气体而底鼓，不仅容量下降明显，而且DF增幅也大。
将实施例1的束腰进行单束腰和双束腰电容器振动试验对比，试验方法具体为：1、将待测产品与振动板固定，电容器保持引脚与固定位置(PCB材板)距离H：1.0±0.5mm，确保电容器本体与安装点之间距离为6mm±1mm；2、将焊接好产品的振动板固定在振动台上，按要求设置振动试验，每个运动方向上振动试验，每个方向测试2小时；3、频率范围：10HZ～55HZ，振幅：0.75mm或加速度98m/s2，总持续时间：8h；4、完成后检查外观：无可见损伤和无电解的漏出及测试特性(CAP、DF、LC)。
采用单束腰，振动试验后均出现容量下降幅度较大，漏电流和DF增幅也大，而且解剖电容产品内部正箔和负箔的钉接处没有断裂、褶皱等不良。而本发明进行双束腰设计后，振动试验后出现容量下降幅度较小，DF、LC产生较少的变化率，解剖电容产品内部正箔和负箔的钉接处没有断裂、褶皱等不良。
如实施例1-3，本发明选用混合直链羧酸铵盐+二甘醇甲醚+聚乙烯醇体系的电解液，带硝基的苯环类化合物和苯酚类化合物复配形成消氢剂，以及选用高耐压低比容阳极箔，结合双束腰技术，实现不用加固定剂，也能起到固定素子不晃动移位，使用过程耐振动，而且安全可靠，提高效率，制备出具有优异的化成性能和极强的高温稳定性及化学稳定性，能制造出耐高压、高纹波、高耐热、长寿命的电容产品。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种铝电解电容器的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)素子卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成素子；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的素子浸入电解液中进行含浸处理，所述电解液由以下组份按重量百分比组成：溶剂51-65％、溶质27-39％和添加剂5-10％；
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇30-55％、1,2-亚乙基二醇15-30％、苯甲醇8-15％、聚乙二醇2-10％、乙二醇独丁醚0.3-0.8％和二甘醇甲醚5-15％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：已二醇铵40-60％、磷酸二氢铵10-26％、五硼酸铵8-12％、柠檬酸氢二铵0.8-1.2％、邻羟基苯甲酸0.3-0.5％和直链羧酸铵盐15-25％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N-二乙基乙胺45-62％、间硝基乙酰苯15-25％、聚乙烯醇5-12％、间苯二酚8-10％、磷酸铵5-8％、硝基苯甲酸0.8-1.0％、消氢剂0.3-0.5％；
(3)封口组立：将步骤(2)的素子入壳后进行双束腰封口组立；
(4)老化步骤。
2.根据权利要求1所述的铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述阳极箔为高耐压低比容电极箔；所述高耐压是指耐压690VF以上，所述低比容是指比容0.45μF/cm2以下。
3.根据权利要求1所述的铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述铝电解电容器是指高度大于30mm的铝电解电容器。
4.根据权利要求1所述的铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述铝电解电容器是指高度为50～60mm的铝电解电容器。
5.根据权利要求1所述的铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述消氢剂为带硝基的苯环类化合物和苯酚类化合物；所述带硝基的苯环类化合物选用邻硝基乙酰苯和/或邻硝基茴香醚；所述苯酚类化合物选用间苯二酚和/或2,4-二硝基苯酚。
6.一种铝电解电容器，其特征在于，其由权利要求1至5任一所述的制备方法的制备方法制得。
7.一种铝电解电容器用工作电解液，其特征在于，所述电解液由以下组份按重量百分比组成：溶剂51-65％、溶质27-39％和添加剂5-10％；
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：二乙二醇30-55％、1,2-亚乙基二醇15-30％、苯甲醇8-15％、聚乙二醇2-10％、乙二醇独丁醚0.3-0.8％和二甘醇甲醚5-15％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：已二醇铵40-60％、磷酸二氢铵10-26％、五硼酸铵8-12％、柠檬酸氢二铵0.8-1.2％、邻羟基苯甲酸0.3-0.5％和直链羧酸铵盐15-25％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：N,N-二乙基乙胺45-62％、间硝基乙酰苯15-25％、聚乙烯醇5-12％、间苯二酚8-10％、磷酸铵5-8％、硝基苯甲酸0.8-1.0％、消氢剂0.3-0.5％。
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