DE10339228B4 - Paper laminate for an electrolytic capacitor - Google Patents

Abstract

Papierlaminat für einen Elektrolytkondensator, wobei das Papierlaminat wenigstens vier Papierlagen (10, 12, 14, 16) umfasst, wobei jede Papierlage (10, 12, 14, 16) eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm sowie eine Dichte im lufttrockenen Zustand von wenigstens 0,75 g/cm³ aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Papierlagen (10 und 12, 12 und 14, 14 und 16) ein Klebesubstrat (18) im getrockneten Zustand angeordnet ist, wobei das Klebesubstrat (18) derart ausgebildet ist, dass es in trockenem Zustand benachbarte Papierlagen (10, 12, 14, 16) klebend miteinander verbindet und bei Kontakt mit einem Elektrolyt in den fluiden Zustand übergeht und in die benachbarten Papierlagen (10, 12, 14, 16), diese imprägnierend, eindringt.A paper laminate for an electrolytic capacitor, the paper laminate comprising at least four paper layers (10, 12, 14, 16), each paper layer (10, 12, 14, 16) having a thickness in the range of 10 μm to 50 μm and a density in the air-dry state of at least 0.75 g / cm ³ , characterized in that between each two paper layers (10 and 12, 12 and 14, 14 and 16) an adhesive substrate (18) is arranged in the dried state, wherein the adhesive substrate (18) in such a way is formed so that it in the dry state, adjacent paper layers (10, 12, 14, 16) adhesively connects to each other and on contact with an electrolyte in the fluid state and in the adjacent paper layers (10, 12, 14, 16), this impregnating , penetrates.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Papierlaminat für einen Elektrolytkondensator, wobei das Papierlaminat wenigstens vier Papierlagen umfasst, wobei jede Papierlage eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm sowie eine Dichte im lufttrockenen Zustand von wenigstens 0,75 g/cm³ aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a paper laminate for an electrolytic capacitor, wherein the paper laminate comprises at least four paper layers, each paper layer having a thickness in the range of 10 microns to 50 microns and a density in the air-dry state of at least 0.75 g / cm ³ , according to Preamble of claim 1.

Folien-Elektrolytkondensatoren werden gewöhnlich dadurch hergestellt, dass ein Folienpaar aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, und ein Trennmaterial konzentrisch zu einer kompakten Rolle aufgewickelt und anschließend das Trennmaterial mit einem Elektrolyt gesättigt wird, woraufhin die Rolle in ein Gehäuse eingebracht wird. Als Trennmaterial wird ein Elektrolytkondensatorpapier verwendet, wie es beispielsweise aus der DE 28 06 932 C2 bekannt ist. Dieses ist einlagig mit einer Dicke von 50 μm und einer Rohdichte von 0,413 g/cm³ ausgebildet.Foil electrolytic capacitors are usually fabricated by winding a film pair of a metal, such as aluminum, and a separator concentrically into a compact roll, and then saturating the separator with an electrolyte, whereupon the roll is placed in a housing. As separation material, an electrolytic capacitor paper is used, as for example from the DE 28 06 932 C2 is known. This is formed in one layer with a thickness of 50 microns and a bulk density of 0.413 g / cm ³ .

Die maximale Betriebsspannung, mit der der Elektrolytkondensator betrieben werden darf, hängt zum einen von einer entsprechend ausgebildeten Anodenfolie und zum anderen von der Spannungsfestigkeit/Durchschlagsicherheit des Papierabstandhalters ab. Für Elektrolytkondensatoren mit hoher Durchschlagssicherheit werden dicke Absorptionspapiere mit hoher Dichte benötigt. Hochdichte Papiere sind solche mit einem spezifischen Gewicht von mehr als 0,75 g/cm³. Als besonders günstig für die Herstellung von Elektrolytkondensatoren mit einer hohen Betriebsspannung von 500 V bis 600 V haben sich Papiere mit einer Dicke von bis zu 100 μm herausgestellt. Papiere einer solchen Dicke mit mindestens 0,75 g/cm³ Rohdichte lassen sich jedoch nur schlecht imprägnieren, d.h. mit dem Elektrolyt sättigen bzw. nehmen den flüssigen Elektrolyten nur mit einigen Schwierigkeiten und nicht genügend gleichmäßig auf. Dies ist beispielsweise bei Aluminiumoxid-Elektrolytkondensatoren besonders nachteilig, bei der eine Aluminiumoxidschicht als Dielektrikum dient und der Elektrolyt einen entsprechenden Ionenstrom zur Regeneration der Aluminiumoxidschicht sicherstellen soll. Falls jedoch der Elektrolyt nicht gleichmäßig verteilt ist, kommt es ggf. zu einer lokalen Beschädigung der Aluminiumoxidschicht, was zu einem Spannungsdurchschlag und damit einer entsprechenden Fehlfunktion des Elektrolytkondensators führt.The maximum operating voltage with which the electrolytic capacitor may be operated depends on the one hand on an appropriately designed anode foil and on the other hand on the dielectric strength / breakdown safety of the paper spacer. Electrolytic capacitors with high dielectric strength require thick absorbent papers of high density. High density papers are those with a specific gravity of more than 0.75 g / cm ³ . As particularly favorable for the production of electrolytic capacitors with a high operating voltage of 500 V to 600 V, papers have been found with a thickness of up to 100 microns. However, papers of such a thickness of at least 0.75 g / cm ³ gross density can only be impregnated poorly, ie they saturate with the electrolyte or take up the liquid electrolyte only with some difficulty and not sufficiently uniformly. This is particularly disadvantageous, for example, in the case of aluminum oxide electrolytic capacitors, in which an aluminum oxide layer serves as a dielectric and the electrolyte is intended to ensure a corresponding ion current for the regeneration of the aluminum oxide layer. However, if the electrolyte is not uniformly distributed, local damage of the aluminum oxide layer may occur, resulting in voltage breakdown and hence malfunction of the electrolytic capacitor.

Ein gattungsgemäßes Papierlaminat ist aus der US 5 158 647 bekannt. Hierbei werden Papierlagen mit Dicken von 4,5 μm bis 53 μm auf einer Papier herstellenden Maschine aus gesponnenen Zellstofffasern eines Synthetikharzes und ungebleichtem Sulfatzellstoff von Nadelholz hergestellt.A generic paper laminate is from the US 5,158,647 known. In this case, paper layers with thicknesses of 4.5 microns to 53 microns on a papermaking machine made of spun pulp fibers of a synthetic resin and unbleached sulphate pulp of softwood are produced.

Aus der JP 2002-17 59 44 A ist ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrolytkondensators bekannt, bei dem ein poröses Element zwischen den Elektroden in dem Elektrolyt angeordnet wird. Während eines Lade-Entlade-Zyklus wachsen Verunreinigungen als Dendriten in dem porösen Element. Dieses wird anschließend entfernt, so dass Verunreinigungen aus dem Elektrolyt entfernt sind.Out JP 2002-17 59 44 A is a method for producing an electrolytic capacitor known in which a porous Element is disposed between the electrodes in the electrolyte. While In a charge-discharge cycle, impurities grow as dendrites in the porous one Element. This will follow removed so that contaminants are removed from the electrolyte.

Aus der US 2 199 447 A ist ein Elektrolytkondensator bekannt, bei dem ein Trennelement zwei oder mehr Werkstoffschichten aufweist. Es wird ein Klebstoff für die Werkstoffschichten vorgeschlagen, der die Werkstoffschichten zu einem Verbundwerkstoff verbindet. Dieser Klebstoff enthält einen wasserlöslichen Kautschuk, wie beispielsweise Gummiarabikum, und eine wässrige Mischung von Triethylenglycol.From the US 2 199 447 A An electrolytic capacitor is known in which a separating element has two or more layers of material. An adhesive is proposed for the material layers, which connects the material layers to form a composite material. This adhesive contains a water-soluble rubber, such as gum arabic, and an aqueous mixture of triethylene glycol.

Aus der DE 100 04 706 A1 ist ein Schichtstapel für Elektrolytkondensatoren zur Aufnahme einer Flüssigkeit bekannt. Dieser Schichtstapel umfasst eine Saugschicht mit hoher Saugfähigkeit und eine erste Speicherschicht mit niedriger Saugfähigkeit zwischen denen eine an der ersten Speicherschicht anliegende Zwischenschicht aus nicht saugfähigem Material angeordnet ist. Die Zwischenschicht weist durchgehende Löcher auf, deren Anzahl, Größe und Verteilung so gewählt ist, dass ein Teil der von der Saugschicht aufgesaugten Flüssigkeit über die Löcher zur ersten Speicherschicht gelangt und diese durchgehend tränkt.From the DE 100 04 706 A1 is a layer stack for electrolytic capacitors for receiving a liquid known. This layer stack comprises a high absorbency absorbent layer and a first low absorbency layer between which an intermediate layer of nonabsorbent material adjacent to the first storage layer is interposed. The intermediate layer has through holes, the number, size and distribution of which is selected such that a portion of the liquid absorbed by the absorbent layer passes through the holes to the first storage layer and impregnates them continuously.

Aus der DE 101 96 273 T1 ist ein Separator für elektrochemische Vorrichtungen, wie eine Elektrolytkondensator, bekannt. Dieser Separator umfasst ein Nassvlies, das eine oder mehrere Arten fibrillierter organischer Fasern, die wenigstens teilweise zu einem Faserdurchmesser von 1 μm oder weniger fibrilliert sind, und eine oder mehrere Arten unfibrillierter organischer Fasern mit einer Feinheit von 0,5 dtex oder weniger umfasst.From the DE 101 96 273 T1 For example, a separator for electrochemical devices, such as an electrolytic capacitor, is known. This separator comprises a wet web comprising one or more types of fibrillated organic fibers fibrillated at least partially to a fiber diameter of 1 μm or less and one or more types of unfibrillated organic fibers having a fineness of 0.5 dtex or less.

Aus der DE 863 742 C ist ein Verfahren zur Herstellung eines präparierten Isolierpapiers mit guten elektrischen Eigenschaften bekannt. Hierbei werden zwei Papierbänder durch eine Kunststoffzwischenschicht miteinander verbunden.From the DE 863 742 C a method for producing a prepared insulating paper having good electrical properties is known. Here, two paper tapes are connected by a plastic interlayer.

Aus der EP 0 898 316 A1 ist ein Separator für nicht wässrige Elektrolytbatterien bekannt. Der Separator umfasst einen porösen Basiswerkstoff, ein Papier und eine metallorganische Verbindung. Bei der Herstellung wird der poröse Basiswerkstoff mittel Imprägnieren, Beschichten oder Sprühen mit der metallorganischen Verbindung in Kontakt gebracht und anschließend getrocknet oder ausgehärtet.From the EP 0 898 316 A1 For example, a separator for non-aqueous electrolyte batteries is known. The separator comprises a porous base material, a paper and an organometallic compound. During production, the porous base material is brought into contact with the organometallic compound by means of impregnation, coating or spraying and then dried or cured.

Aus der US 5 157 586 A ist ein Separator für einen Elektrolytkondensator bekannt, der aus einer einzigen Papierlage besteht, die zwei asymmetrisch übereinander gelegte Schichten umfasst. Eine dieser Schichten hat eine hohe Dicke und niedrige Dichte und die andere Schicht weist eine niedrige Dicke und hohe Dichte auf.From the US 5 157 586 A a separator for an electrolytic capacitor is known which consists of a single paper layer comprising two layers superimposed asymmetrically. One of these layers has a high thickness and low density and the other layer has a low thickness and high density.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Papierlaminat der o.g. Art hinsichtlich der Herstellung sowie Prozessfähigkeit ohne Einbußen bei der Spannungsfestigkeit zu verbessern.Of the Invention is based on the object, a paper laminate og. Type of production and process capability without loss of to improve the dielectric strength.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Papierlaminat der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.These The object is achieved by a Paper laminate of the o.g. Type with the characterized in claim 1 Characteristics solved. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Bei einem Papierlaminat der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei Papierlagen ein Klebesubstrat im getrockneten Zustand angeordnet ist, wobei das Klebesubstrat derart ausgebildet ist, dass es in trockenem Zustand benachbarte Papierlagen klebend miteinander verbindet und bei Kontakt mit einem Elektrolyt in den fluiden Zustand übergeht und in die benachbarten Papierlagen, diese imprägnierend, eindringt.at a paper laminate of the o.g. Art it is provided according to the invention, that between each two layers of paper, an adhesive substrate in the dried state is arranged, wherein the adhesive substrate is formed such that when dry, adjacent paper layers stick together connects and on contact with an electrolyte in the fluid state passes and penetrate into the adjacent paper layers, impregnating them.

Dies hat den Vorteil, dass dieses Papierlaminat bei der Herstellung von Elektrolytkondensatoren eine verbesserte Prozessfähigkeit aufweist sowie eine schnelle Imprägnierung der Papierlagen durch Mikrokanäle erfolgt, welche sich durch das Klebesubstrat ergeben. Es ergeben sich besonders durchschlagfeste Elektrolytkondensatoren für Betriebsspannungen von 750 V und mehr.This has the advantage that this paper laminate in the production of Electrolytic capacitors have improved process capability as well as rapid impregnation of the paper layers by microchannels, which result from the adhesive substrate. It is very special Resistant electrolytic capacitors for operating voltages of 750 V and more.

Beispielsweise ist der Elektrolytkondensator ein Aluminium-Elektrolytkondensator.For example the electrolytic capacitor is an aluminum electrolytic capacitor.

Eine einfache und prozesssichere Herstellung wird dadurch erzielt, dass alle Papierlagen des Papierlaminats eine identische Dicke und/oder Dichte aufweisen.A simple and process-reliable production is achieved by all paper layers of the paper laminate an identical thickness and / or Have density.

Das Klebesubstrat ist vorzugsweise Polyvinylalkohol (PVA) oder enthält PVA als Bestandteil oder ist zellulosebasierter Leim.The Adhesive substrate is preferably polyvinyl alcohol (PVA) or contains PVA as Ingredient or is cellulose-based glue.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Papierlaminat eine Gesamtdicke von 100 μm auf, wobei jede Papierlage eine Dicke von 25 μm und eine Dichte von 0,8 g/m³ aufweist.In a particularly preferred embodiment, the paper laminate has a total thickness of 100 .mu.m, wherein each paper layer has a thickness of 25 .mu.m and a density of 0.8 g / m ³ .

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Papierlaminats.The The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. These shows in the single FIG. A schematic sectional view of a preferred embodiment a paper laminate according to the invention.

Die einzige Fig. zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektrolytkondensatorpapiers in Form eines Papierlaminats mit vier Papierlagen 10, 12, 14 und 16. Alle Papierlagen 10, 12, 14 und 16 weisen eine identische Dichte im lufttrockenen Zustand von 0,8 g/cm³ sowie eine identische Dicke von 25 μm auf, so dass das von den Papierlagen 10, 12, 14 und 16 gebildete Elektrolytkondensatorpapier eine Gesamtdicke von etwa 100 μm aufweist. Jeweils zwischen den Papierlagen 10 und 12, 12 und 14 sowie 14 und 16 ist eine Schicht 18 eines Polyvinylalkohol-Substrates (PVA-Substrat) in getrocknetem Zustand angeordnet. Jede Schicht 18 des PVA-Substrates verklebt die jeweils benachbarten Papierlagen 10 und 12, 12 und 14 bzw. 14 und 16 miteinander und bildet gleichzeitig jeweils einen dünnen und gleichmäßig verteilten Mikrokanal zwischen den Papierlagen 10 und 12, 12 und 14 sowie 14 und 16 aus. Somit sind in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Elektrolytkondensatorpapiers drei Mikrokanäle ausgebildet.The single FIGURE shows a preferred embodiment of an inventively embodied electrolytic capacitor paper in the form of a paper laminate with four paper layers 10 . 12 . 14 and 16 , All paper layers 10 . 12 . 14 and 16 have an identical density in the air-dry state of 0.8 g / cm ³ and an identical thickness of 25 microns, so that of the paper layers 10 . 12 . 14 and 16 formed electrolytic capacitor paper has a total thickness of about 100 microns. In each case between the paper layers 10 and 12 . 12 and 14 such as 14 and 16 is a layer 18 a polyvinyl alcohol substrate (PVA substrate) arranged in a dried state. every layer 18 of the PVA substrate adheres the respective adjacent paper layers 10 and 12 . 12 and 14 respectively. 14 and 16 each other and simultaneously forms a thin and evenly distributed microchannel between the paper layers 10 and 12 . 12 and 14 such as 14 and 16 out. Thus, in the illustrated preferred embodiment of the electrolytic capacitor paper, three microchannels are formed.

Das PVA-Substrat hat die Eigenschaft, dass es bei Kontakt mit dem flüssigen Elektrolyten 20 in den fluiden Zustand übergeht und in die benachbarten Papierlagen eindringt und diese imprägniert. Zusätzlich ist PVA häufig bereits Bestandteil des Elektrolyten 20. Die von dem PVA-Substrat 18 gebildeten Mikrokanäle erzeugen eine Kapillarwirkung, so dass der flüssige Elektrolyt 20 durch die Mikrokanäle zwischen die Papierlagen 10, 12, 14 und 16 hinein gesogen und gleichmäßig verteilt wird.The PVA substrate has the property of being in contact with the liquid electrolyte 20 goes into the fluid state and penetrates into the adjacent paper layers and impregnated. In addition, PVA is often already part of the electrolyte 20 , The from the PVA substrate 18 formed microchannels produce a capillary action, so that the liquid electrolyte 20 through the microchannels between the paper layers 10 . 12 . 14 and 16 sucked in and evenly distributed.

Bei der Herstellung von Hochspannungselektrolytkondensatoren mit dem oben erläuterten Papierlaminat ergibt sich eine bessere Prozessfähigkeit und damit eine schnellere Imprägnierung bzw. Sättigung des Elektrolytkondensatorpapiers mit dem Elektrolyten. Dies führt zu verbesserten technischen Eigenschaften des hergestellten Hochspannungselektrolytkondensators, wie beispielsweise einer höheren zulässigen Betriebsspannung von 750V oder mehr.at the production of high voltage electrolytic capacitors with the explained above Paper laminate results in a better process capability and thus a faster impregnation or saturation of the electrolytic capacitor paper with the electrolyte. This leads to improved technical characteristics of the produced high-voltage electrolytic capacitor, such as a higher one permissible Operating voltage of 750V or more.

Claims (6)

Papierlaminat für einen Elektrolytkondensator, wobei das Papierlaminat wenigstens vier Papierlagen (10, 12, 14, 16) umfasst, wobei jede Papierlage (10, 12, 14, 16) eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm sowie eine Dichte im lufttrockenen Zustand von wenigstens 0,75 g/cm³ aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Papierlagen (10 und 12, 12 und 14, 14 und 16) ein Klebesubstrat (18) im getrockneten Zustand angeordnet ist, wobei das Klebesubstrat (18) derart ausgebildet ist, dass es in trockenem Zustand benachbarte Papierlagen (10, 12, 14, 16) klebend miteinander verbindet und bei Kontakt mit einem Elektrolyt in den fluiden Zustand übergeht und in die benachbarten Papierlagen (10, 12, 14, 16), diese imprägnierend, eindringt.A paper laminate for an electrolytic capacitor, wherein the paper laminate has at least four paper layers ( 10 . 12 . 14 . 16 ), each paper layer ( 10 . 12 . 14 . 16 ) has a thickness in the range of 10 microns to 50 microns and a density in the air-dry state of at least 0.75 g / cm ³ , characterized in that between each two paper layers ( 10 and 12 . 12 and 14 . 14 and 16 ) an adhesive substrate ( 18 ) is arranged in the dried state, wherein the adhesive substrate ( 18 ) is designed such that it in the dry state adjacent Papierla gene ( 10 . 12 . 14 . 16 ) adhesively connects to one another and on contact with an electrolyte in the fluid state and in the adjacent paper layers ( 10 . 12 . 14 . 16 ), impregnating them, penetrates. Papierlaminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytkondensator ein Aluminium-Elektrolytkondensator ist.Paper laminate according to claim 1, characterized that the electrolytic capacitor is an aluminum electrolytic capacitor is. Papierlaminat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Papierlagen des Papierlaminats eine identische Dicke aufweisen.Paper laminate according to claim 1 or 2, characterized that all paper layers of the paper laminate have an identical thickness. Papierlaminat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Papierlagen des Papierlaminats eine identische Dichte aufweisen.Paper laminate according to at least one of the preceding Claims, characterized in that all paper layers of the paper laminate have an identical density. Papierlaminat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebesubstrat Polyvinylalkohol (PVA) ist oder PVA als Bestandteil enthält oder zellulosebasierter Leim ist.Paper laminate according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the adhesive substrate is polyvinyl alcohol (PVA) or contains PVA as a constituent or cellulose-based Glue is. Papierlaminat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Papierlaminat eine Gesamtdicke von 100 μm aufweist, wobei jede Papierlage eine Dicke von 25 μm und eine Dichte von 0,8 g/m³ aufweist.Paper laminate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the paper laminate has a total thickness of 100 microns, wherein each paper layer has a thickness of 25 microns and a density of 0.8 g / m ³ .