RU2713639C1 - Working electrolyte for condenser, method of its preparation and aluminum electrolytic capacitor with such electrolyte - Google Patents
Working electrolyte for condenser, method of its preparation and aluminum electrolytic capacitor with such electrolyte Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713639C1 RU2713639C1 RU2019123521A RU2019123521A RU2713639C1 RU 2713639 C1 RU2713639 C1 RU 2713639C1 RU 2019123521 A RU2019123521 A RU 2019123521A RU 2019123521 A RU2019123521 A RU 2019123521A RU 2713639 C1 RU2713639 C1 RU 2713639C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- working electrolyte
- mixture
- working
- temperature
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/004—Details
- H01G9/022—Electrolytes; Absorbents
- H01G9/035—Liquid electrolytes, e.g. impregnating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/145—Liquid electrolytic capacitors
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности, к производству алюминиевых электролитических конденсаторов (далее - АОЭК), на номинальное напряжение 100 В с диапазоном рабочих температур от минус 60 до плюс 125°С.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to the production of aluminum electrolytic capacitors (hereinafter - AOEC), for a rated voltage of 100 V with a range of operating temperatures from minus 60 to plus 125 ° C.
Одной из наиболее актуальных задач разработки АОЭК является расширение диапазона рабочих температур. Параметры и надежную работу АОЭК во всем диапазоне рабочих температур для каждого определенного диапазона номинальных напряжений обеспечивает рабочий электролит, а точнее, его состав. Для улучшения параметров АОЭК, таких как полное и эквивалентное последовательное сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь, а также для предотвращения снижения емкости необходимы минимальные значения сопротивления рабочего электролита, как при нормальных условиях, так и при пониженной температуре. Для обеспечения высокотемпературных характеристик и длительного срока службы АОЭК электролит должен обладать достаточной температурой кипения, превышающей верхний предел рабочей температуры, и сохранять гомогенность состава.One of the most urgent tasks of AOEC development is to expand the range of operating temperatures. The parameters and reliable operation of AOEC in the entire range of operating temperatures for each specific range of rated voltages are provided by the working electrolyte, or rather, its composition. To improve the parameters of AOEC, such as the total and equivalent series resistance, the dielectric loss tangent, and also to prevent a decrease in capacitance, minimum values of the resistance of the working electrolyte are necessary, both under normal conditions and at a low temperature. To ensure high-temperature characteristics and a long service life of AOEC, the electrolyte should have a sufficient boiling point in excess of the upper limit of the operating temperature and maintain the composition homogeneity.
Известен электролит для конденсатора, описанный в патенте JP 3722520 H01G 9/035, опубл. 30.11.2005, содержащий в качестве растворителя лактон, многоатомный спирт или их смесь, соли нитросоединений и карбоновых кислот, либо нитрокарбоновые кислоты. Этот электролит характеризуется хорошей способностью к поглощению газообразного водорода, способен обеспечить работу конденсатора при температуре до 125°С, однако максимальное номинальное напряжение конденсатора с таким электролитом не более 50 В.Known electrolyte for a capacitor described in JP 3722520 H01G 9/035, publ. November 30, 2005, containing lactone, a polyhydric alcohol or a mixture thereof, salts of nitro compounds and carboxylic acids, or nitrocarboxylic acids as a solvent. This electrolyte is characterized by good ability to absorb hydrogen gas, it is able to ensure the operation of the capacitor at temperatures up to 125 ° C, however, the maximum rated voltage of a capacitor with such an electrolyte is not more than 50 V.
Известен электролит для конденсатора и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, описанный в патенте JP 3729588 H01G 9/035, опубл. 21.12.2005, содержащий смешанный органический растворитель, включающий лактон и многоатомный спирт, соль гетероциклического соединения и ароматической или дикарбоновой кислоты, а также ряд добавок, таких как борная кислота, вольфрамовая кислота, полисахарид. Этот электролит обеспечивает номинальное напряжение конденсатора от 6,3 до 100 В, низкие значения сопротивления и тангенса угла диэлектрических потерь, однако верхняя граница диапазона рабочей температуры конденсатора с указанным не более 105°С или ниже.Known electrolyte for a capacitor and an aluminum electrolytic capacitor with such an electrolyte, described in patent JP 3729588 H01G 9/035, publ. 12/21/2005, containing a mixed organic solvent, including lactone and polyhydric alcohol, a salt of a heterocyclic compound and aromatic or dicarboxylic acid, as well as a number of additives, such as boric acid, tungsten acid, polysaccharide. This electrolyte provides a rated voltage of the capacitor from 6.3 to 100 V, low values of resistance and the dielectric loss tangent, however, the upper limit of the operating temperature range of the capacitor with the specified maximum 105 ° C or lower.
Наиболее близким является электролит для конденсатора, способ его приготовления и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, описанный в патенте RU 2358348 H01G 9/035, H01G 9/145, опубл. 10.06.2009, содержащий смешанный органический растворитель, включающий гамма-бутиролактон и диметилформамид, дикарбоновую кислоту или ее соль в качестве ионогена, третичный алифатический амин, борную кислоту, нитросоединение для поглощения газов, а также некоторые специальные добавки. Этот электролит обеспечивает длительный срок службы конденсаторов номинальным напряжением 100 В и выше (до 350 В) и хорошие низкотемпературные характеристики конденсаторов, однако из-за высокого содержания высоколетучего сорастворителя (N,N-диметилформамида) и воды, которая выделяется вследствие образования эфиров борной кислоты, данный электролит не способен обеспечивать необходимый срок службы конденсаторов на верхней границе температурного диапазона, а также, не обеспечивает низкое сопротивление конденсатора при нормальных условиях.The closest is the electrolyte for the capacitor, the method of its preparation and the aluminum electrolytic capacitor with such an electrolyte, described in patent RU 2358348 H01G 9/035, H01G 9/145, publ. 06/10/2009, containing a mixed organic solvent, including gamma butyrolactone and dimethylformamide, dicarboxylic acid or its salt as an ionogen, tertiary aliphatic amine, boric acid, nitro compound for gas absorption, as well as some special additives. This electrolyte provides a long service life of capacitors with a nominal voltage of 100 V and higher (up to 350 V) and good low-temperature characteristics of capacitors, however, due to the high content of highly volatile cosolvent (N, N-dimethylformamide) and water, which is released due to the formation of boric acid esters, This electrolyte is not able to provide the required service life of capacitors at the upper limit of the temperature range, and also does not provide a low capacitor resistance under normal conditions .
Задача изобретения состоит в решении проблемы недостаточно низкого удельного сопротивления рабочего электролита при расширении диапазона рабочих температур, а при ее осуществлении обеспечивается следующий технический результат: снижение значений сопротивления и тангенса угла диэлектрических потерь конденсатора в рабочем диапазоне температур от минус 60 до плюс 125°С.The objective of the invention is to solve the problem of not sufficiently low resistivity of the working electrolyte when expanding the range of operating temperatures, and when it is implemented, the following technical result is provided: reducing the resistance and the tangent of the dielectric loss angle of the capacitor in the operating temperature range from minus 60 to plus 125 ° C.
Технический результат достигается тем, что в рабочий электролит на основе гамма-бутиролактона в качестве сорастворителя добавляется N-метилпирролидон, обладающей более низкой летучестью по сравнению с другими возможными сорастворителями, а также из состава исключается борная кислота с целью уменьшения содержания воды, которая образуется в результате реакции этерификации. При этом концентрация дикарбоновой кислоты подбирается таким образом, чтобы исключение борной кислоты из состава не привело к росту удельного сопротивления и снижению напряжения пробоя и оксидообразующей способности рабочего электролита. Также при приготовлении рабочего электролита и в процессе изготовления конденсатора с целью предотвращения изменения свойств электролита и, соответственно, конденсатора в процессе работы должна быть достигнута температура равная верхней границе рабочего диапазона температур конденсатора либо превышающая ее.The technical result is achieved by the fact that in the working electrolyte based on gamma-butyrolactone, N-methylpyrrolidone is added as a co-solvent, which has lower volatility compared to other possible co-solvents, and boric acid is excluded from the composition in order to reduce the water content that results from esterification reactions. The concentration of dicarboxylic acid is selected so that the exclusion of boric acid from the composition does not lead to an increase in resistivity and a decrease in the breakdown voltage and oxide-forming ability of the working electrolyte. Also, in the preparation of the working electrolyte and in the manufacturing process of the capacitor in order to prevent changes in the properties of the electrolyte and, accordingly, the capacitor during operation, a temperature equal to or higher than the upper limit of the working temperature range of the capacitor must be achieved.
Существенными признаками изобретения являются использование дикарбоновой кислоты при отсутствии борной кислоты, применение технологического процесса с определенным температурным режимом.The essential features of the invention are the use of dicarboxylic acid in the absence of boric acid, the use of a process with a certain temperature regime.
Полученный при осуществлении изобретения технический результат, а именно: низкое удельное сопротивление, сохранение электролита в жидком состоянии во всем диапазоне рабочих температур конденсатора, длительный срок службы и стабильность параметров конденсатора в процессе эксплуатации, достигается за счет использования дикарбоновой кислоты при отсутствии борной кислоты, что позволяет достичь низких значений удельного сопротивления, необходимого рабочего напряжения электролита без снижения высокотемпературных характеристик за счет уменьшения содержания воды; а технологический процесс позволяет обеспечить полное растворение всех компонентов, и, соответственно, гомогенность смеси таким образом, что ни один из компонентов электролита не переходит в твердое или газообразное состояние во всем диапазоне рабочих температур конденсатора. Достижение температуры, равной либо превышающей верхнюю границу диапазона рабочих температур конденсатора, в процессе приготовления электролита и изготовления конденсатора позволяет избежать изменения свойств рабочего электролита и ухудшения параметров конденсатора под действием повышенной температуры во время эксплуатации, соответственно, обеспечивается необходимый срок эксплуатации.The technical result obtained during the implementation of the invention, namely: low resistivity, preservation of the electrolyte in a liquid state over the entire range of capacitor operating temperatures, long service life and stability of the capacitor parameters during operation, is achieved through the use of dicarboxylic acid in the absence of boric acid, which allows achieve low values of specific resistance, the required operating voltage of the electrolyte without reducing high-temperature characteristics due to reduce the water content; and the technological process allows for the complete dissolution of all components, and, accordingly, the homogeneity of the mixture in such a way that none of the electrolyte components goes into a solid or gaseous state over the entire range of operating temperatures of the capacitor. The achievement of a temperature equal to or higher than the upper limit of the operating temperature range of the capacitor during the preparation of the electrolyte and the manufacture of the capacitor avoids changing the properties of the working electrolyte and the deterioration of the capacitor under the action of elevated temperature during operation, respectively, providing the necessary service life.
Осуществление поставленной задачи состоит в добавлении различных сорастворителей в состав рабочего электролита на основе гамма-бутиролактона, который в силу низкой летучести, малой коррозионной активности и высокой температуры кипения обеспечивает необходимый срок службы конденсатора и его работу при повышенных температурах. В то же время температура замерзания гамма-бутиролактона равна минус 42°С, что недостаточно для обеспечения работы конденсатора на нижнем пределе диапазона рабочих температур. Для снижения температуры замерзания рабочего электролита необходимо добавить сорастворитель. В качестве сорастворителей могут быть использованы пирролидоны, а именно, N-метилпирролидон, 2-пирролидон; нитрилы, а именно, пропионитрил, 3-метоксипропионитрил; циклические карбонаты, такие как пропиленкарбонат, этиленкарбонат и т.д.; формамиды, например, N,N-диметилформамид, N-метилформамид; эфиры, такие как метилформиат, метилацетат, этилацетат. Для улучшения смачиваемости сепаратора рабочим электролитом также могут добавляться сорастворители, такие как многоатомные спирты и их эфиры, например, этиленгликоль, диэтиленгликоль, глицерин, 2-метоксиэтанол;The implementation of the task is to add various cosolvents to the composition of the working electrolyte based on gamma-butyrolactone, which, due to its low volatility, low corrosion activity and high boiling point, provides the required life of the capacitor and its operation at elevated temperatures. At the same time, the freezing temperature of gamma-butyrolactone is minus 42 ° C, which is insufficient to ensure the operation of the condenser at the lower limit of the operating temperature range. To reduce the freezing temperature of the working electrolyte, it is necessary to add a co-solvent. As co-solvents, pyrrolidones, namely, N-methylpyrrolidone, 2-pyrrolidone; nitriles, namely propionitrile, 3-methoxypropionitrile; cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, etc .; formamides, for example N, N-dimethylformamide, N-methylformamide; esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate. Co-solvents such as polyhydric alcohols and their esters, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, 2-methoxyethanol can also be added to improve the wettability of the separator by the working electrolyte;
Для обеспечения ионной проводимости электролита и обеспечения необходимого рабочего напряжения в систему растворителей необходимо добавить ионогены, в качестве которых могут применяться монокарбоновые кислоты, дикарбоновые кислоты, соли карбоновых кислот, неорганические кислоты.To ensure the ionic conductivity of the electrolyte and ensure the necessary operating voltage, it is necessary to add ionogens to the solvent system, which can be used monocarboxylic acids, dicarboxylic acids, salts of carboxylic acids, inorganic acids.
Примерами монокарбоновых кислот являются алифатические, такие как масляная, изомасляная, валериановая; ароматические, например, бензойная. Также могут применяться аммонийные соли карбоновых кислот, например, бензоат аммония.Examples of monocarboxylic acids are aliphatic, such as butyric, isobutyric, valerianic; aromatic, for example, benzoic. Ammonium salts of carboxylic acids, for example, ammonium benzoate, can also be used.
Примерами дикарбоновых кислот являются янтарная, глутаровая, адипиновая, себациновая, азелаиновая, декандионовая.Examples of dicarboxylic acids are succinic, glutaric, adipic, sebacic, azelaic, decandionic.
Примерами аммонийных солей дикарбоновых кислот являются сукцинат аммония, адипат аммония.Examples of ammonium salts of dicarboxylic acids are ammonium succinate, ammonium adipate.
Примерами солей четвертичного алкиламмония являются тетраэтиламмония гидромалеат, триэтилметиламмония гидромалеат, тетраэтиламмония фталат, диметилдиэтиламмония фталат.Examples of quaternary alkyl ammonium salts are tetraethyl ammonium hydro maleate, triethyl methyl ammonium hydro maleate, tetra ethyl ammonium phthalate, dimethyl diethyl ammonium phthalate.
Примерами неорганических кислот и их солей являются ортофосфорная кислота, аммоний фосфорнокислый одно- и двузамещенный, борная кислота, аммония биборат тетрагидрат, аммония пентаборат.Examples of inorganic acids and their salts are orthophosphoric acid, ammonium phosphate mono- and disubstituted, boric acid, ammonium borate tetrahydrate, ammonium pentaborate.
Для обеспечения растворимости ионогенов и стабилизации кислотности электролита используются амины.Amines are used to ensure the solubility of ionogens and stabilize the acidity of the electrolyte.
Примерами вторичных аминов являются диэтиламин, диэтаноламин, дибутиламин, диизобутиламин.Examples of secondary amines are diethylamine, diethanolamine, dibutylamine, diisobutylamine.
Примерами третичных аминов являются триэтиламин, триэтаноламин, этилдиизопропиламин, трипропиламин, трибутиламинExamples of tertiary amines are triethylamine, triethanolamine, ethyldiisopropylamine, tripropylamine, tributylamine
Также возможно использование различных добавок для придания рабочему электролиту специфических свойств. В качестве добавок для поглощения выделяющихся при работе конденсатора газов используются нитроароматические соединения, например, 2-нитроанизол, 4-нитроанизол, 3-нитробензойная кислота, 4-нитробензойная кислота, нитробензиловый спирт, нитроацетофенон; а также хиноны, в частности, гидрохинон, кроме того, данной способностью обладает анилин.It is also possible to use various additives to impart specific properties to the working electrolyte. As additives for the absorption of gases emitted during the operation of the condenser, nitroaromatic compounds are used, for example, 2-nitroanisole, 4-nitroanisole, 3-nitrobenzoic acid, 4-nitrobenzoic acid, nitrobenzyl alcohol, nitroacetophenone; as well as quinones, in particular hydroquinone, in addition, aniline has this ability.
Наилучшим сорастворителем для снижения температуры замерзания электролита на основе гамма-бутиролактона (ГБЛ), является N-метилпирролидон (МП). Несмотря на то, что его температура замерзания всего минус 24°С, температура замерзания данной смеси характеризуется резким отклонением от аддитивности и снижается ниже минус 70°С. Использование N,N-диметилформамида не позволяет расширить температурный диапазон работы конденсатора выше +105°С при сохранении необходимого срока службы. При температуре +125°С применение N,N-диметилформамида приводит к резкому уменьшению срока службы. Использование N-метилформамида позволило бы достичь лучших параметров электролита при нормальных условиях и при пониженной температуре. Однако несмотря на высокую температуру кипения данного растворителя (+196°С), он препятствует образованию азеотропной смеси при приготовлении электролита, что приводит к нарушению гомогенности состава рабочего электролита при повышенных температурах за счет испарения компонентов с низкой собственной температурой кипения, в то время как при использовании N-метилпирролидона обеспечивается постоянство состава рабочего электролита во всем диапазоне температур. Таким образом, чтобы обеспечить низкое удельное сопротивление рабочего электролита при сохранении работоспособности конденсатора во всем диапазоне рабочих температур, к электролиту на основе гамма-бутиролактона необходимо добавить N-метилпирролидон. Требуется подобрать оптимальное соотношение растворителей, так как при слишком высокой доле МП увеличивается сопротивление электролита при нормальных условиях. Параметры рабочих электролитов с различным соотношением растворителей приведены в Таблице 1.The best co-solvent for lowering the freezing point of an electrolyte based on gamma-butyrolactone (GBL) is N-methylpyrrolidone (MP). Despite the fact that its freezing temperature is only minus 24 ° С, the freezing temperature of this mixture is characterized by a sharp deviation from additivity and decreases below minus 70 ° С. The use of N, N-dimethylformamide does not allow to expand the temperature range of the capacitor above + 105 ° C while maintaining the required service life. At a temperature of + 125 ° C, the use of N, N-dimethylformamide leads to a sharp decrease in service life. The use of N-methylformamide would make it possible to achieve better electrolyte parameters under normal conditions and at low temperature. However, despite the high boiling point of this solvent (+ 196 ° C), it prevents the formation of an azeotropic mixture during the preparation of the electrolyte, which leads to a violation of the homogeneity of the composition of the working electrolyte at elevated temperatures due to the evaporation of components with a low intrinsic boiling point, while at the use of N-methylpyrrolidone ensures the constancy of the composition of the working electrolyte in the entire temperature range. Thus, in order to ensure a low resistivity of the working electrolyte while maintaining the capacitor’s performance over the entire range of operating temperatures, N-methylpyrrolidone must be added to the gamma-butyrolactone-based electrolyte. It is required to choose the optimal ratio of solvents, since if the fraction of MP is too high, the resistance of the electrolyte increases under normal conditions. The parameters of the working electrolytes with different solvent ratios are shown in Table 1.
Как видно из таблицы, при отсутствии сорастворителей электролит на основе гамма-бутиролактона не обеспечивает необходимый конструктивно-технологический запас (КТЗ) конденсатора при пониженных температурах, кроме того, характеризуется достаточно высоким сопротивлением при нормальных условиях. Аналогично, при введении в систему МФ не обеспечивается КТЗ при повышенных температурах, так как за счет действия переменной составляющей нагрузки конденсатор может разогреваться несколько выше верхней границы рабочей температуры.As can be seen from the table, in the absence of cosolvents, an electrolyte based on gamma-butyrolactone does not provide the necessary structural and technological reserve (CT) of the capacitor at low temperatures, in addition, it is characterized by a fairly high resistance under normal conditions. Similarly, when MF is introduced into the system, CT is not provided at elevated temperatures, since due to the action of the variable component of the load, the capacitor can be heated slightly above the upper limit of the operating temperature.
Для улучшения смачиваемости и, соответственно, облегчения технологического процесса пропитки рабочим электролитом целлюлозных волокон бумажных сепараторов конденсаторов, применяются многоатомные спирты и их эфиры, такие как этиленгликоль и 2-метоксиэтанол. Данные вещества используются в сравнительно небольших концентрациях, поэтому их использование практически не влияет на границы температурного диапазона. В то же время, улучшение смачиваемости волокон целлюлозы приводит к снижению сопротивления конденсатора.To improve the wettability and, accordingly, facilitate the process of impregnating cellulose fibers of paper separators of capacitors with a working electrolyte, polyhydric alcohols and their esters, such as ethylene glycol and 2-methoxyethanol, are used. These substances are used in relatively low concentrations, so their use practically does not affect the boundaries of the temperature range. At the same time, improving the wettability of cellulose fibers leads to a decrease in the resistance of the capacitor.
Ионогены должны обеспечивать максимальную ионную проводимость, т.е. минимальное сопротивление рабочего электролита. При этом при использовании карбоновых кислот с ростом длины углеродной цепи сопротивление электролита снижается, но растет напряжение пробоя. Кислоту необходимо подбирать таким образом, чтобы достигалось сочетание достаточного напряжения пробоя электролита при минимально возможном сопротивлении.Ionogens should provide maximum ionic conductivity, i.e. minimum resistance of the working electrolyte. In this case, when using carboxylic acids with increasing length of the carbon chain, the resistance of the electrolyte decreases, but the breakdown voltage increases. Acid must be selected in such a way that a combination of sufficient electrolyte breakdown voltage is achieved with the lowest possible resistance.
Использование дикарбоновых кислот позволяет достичь меньших значений сопротивления по сравнению с монокарбоновыми кислотами с той же длиной углеродной цепочки. Для обеспечения рабочего напряжения 100 В, достаточное напряжение пробоя рабочего электролита достигается при использовании янтарной кислоты. Применение кислот с большей длиной углеродной цепочки приводит к росту сопротивления электролита при нормальных условиях и пониженных температурах. Удельные сопротивления электролитов с использованием различных дикарбоновых кислот приведены в Таблице 2.The use of dicarboxylic acids makes it possible to achieve lower resistance values compared to monocarboxylic acids with the same carbon chain length. To ensure a working voltage of 100 V, a sufficient breakdown voltage of the working electrolyte is achieved using succinic acid. The use of acids with a longer carbon chain leads to an increase in the resistance of the electrolyte under normal conditions and low temperatures. The resistivities of electrolytes using various dicarboxylic acids are shown in Table 2.
Использование малеиновой и фталевой кислот, а также соответствующих тетраалкиламмониевых солей указанных кислот, позволяет достичь лучших параметров рабочего электролита, однако приводит к снижению напряжений искрения и пробоя электролита и, как следствие, к увеличению процента брака при изготовлении конденсаторов, что делает применение данных компонентов экономически нецелесообразным.The use of maleic and phthalic acids, as well as the corresponding tetraalkylammonium salts of these acids, allows to achieve better parameters of the working electrolyte, however, it leads to a decrease in the voltage of sparking and breakdown of the electrolyte and, as a result, to an increase in the percentage of rejects in the manufacture of capacitors, which makes the use of these components economically impractical .
Вторичные амины являются более летучими и токсичным, чем третичные, поэтому предпочтение отдается последним, несмотря на увеличение удельного сопротивления раствора. Использование третичных аминов позволяет достигать более высоких значений верхней границы рабочей температуры электролита. С ростом длины углеродных цепочек растворимость аминов ухудшается, сопротивление электролита растет, но растет и напряжение искрения электролита. Амин подбирается таким образом, чтобы обеспечивалось достаточное напряжение искрения при минимальном сопротивлении. Достаточными высокотемпературными характеристиками обладает электролит, содержащий N-этилдиизопропиламин.Secondary amines are more volatile and toxic than tertiary amines, so preference is given to the latter, despite an increase in the resistivity of the solution. The use of tertiary amines allows to reach higher values of the upper limit of the working temperature of the electrolyte. With an increase in the length of carbon chains, the solubility of amines deteriorates, the resistance of the electrolyte increases, but the sparking voltage of the electrolyte also increases. The amine is selected in such a way that a sufficient sparking voltage is provided with a minimum resistance. The electrolyte containing N-ethyldiisopropylamine possesses sufficient high-temperature characteristics.
В качестве газопоглощающей добавки наиболее предпочтителен нитроанизол, так как он практически не влияет на низкотемпературные свойства электролита, прочие газопоглощающие добавки в той или иной степени увеличивают сопротивление электролита при пониженных температурах.Nitroanisole is most preferable as a getter additive, since it practically does not affect the low-temperature properties of the electrolyte; other getter additives to one degree or another increase the resistance of the electrolyte at low temperatures.
Предлагается электролит следующего состава, приведенного в Таблице 3.An electrolyte of the following composition is shown in Table 3.
Соотношения указанных компонентов были оптимизированы, что позволило получить оптимальные параметры электролита. Параметры данного электролита отражены в Таблице 4:The ratios of these components were optimized, which made it possible to obtain optimal electrolyte parameters. The parameters of this electrolyte are shown in Table 4:
Параметры рабочего электролита зависят от режима его приготовления, в ходе которого происходит перемешивание компонентов электролита между собой.The parameters of the working electrolyte depend on the mode of its preparation, during which the mixing of the electrolyte components occurs.
Сначала производится смешивание растворителей, затем вносятся добавки, далее смесь подвергается нагреву и при достижении определенной температуры добавляется амин, затем производится дальнейший нагрев, при достижении определенной температуры в смесь добавляется кислота, после чего смесь доводится до конечной температуры. В течение всего процесса приготовления раствор подвергается перемешиванию.First, the solvents are mixed, then additives are added, then the mixture is heated and when a certain temperature is reached, amine is added, then further heating is performed, when a certain temperature is reached, acid is added to the mixture, after which the mixture is brought to the final temperature. During the entire cooking process, the solution is mixed.
Технологический процесс приготовления рабочего электролита включает в себя следующие этапы:The technological process for the preparation of a working electrolyte includes the following steps:
1) Загрузка γ-бутиролактона в реактор при температуре окружающей среды. Перемешивание растворителя осуществляется со скоростью 60 оборотов мешалки в минуту;1) Loading γ-butyrolactone into the reactor at ambient temperature. Mixing of the solvent is carried out at a speed of 60 revolutions of the mixer per minute;
2) Загрузка сорастворителей;2) Co-solvent loading;
3) Загрузка нитроанизола. Перемешивание до полного растворения;3) Loading nitroanisole. Stirring until completely dissolved;
4) Нагрев смеси для лучшего растворения амина. Температура при растворении должна быть не ниже +30°С;4) Heating the mixture to better dissolve the amine. The temperature during dissolution should not be lower than + 30 ° C;
5) Загрузка амина. Перемешивание до полного растворения;5) Amine loading. Stirring until completely dissolved;
6) Нагрев смеси для лучшего растворения кислоты. Температура должна быть выше, чем температура загрузки амина, не менее чем на 10°С, то есть не ниже +40°С так как при растворении амина происходит выделение тепла;6) Heating the mixture to better dissolve the acid. The temperature should be higher than the loading temperature of the amine, not less than 10 ° C, that is, not lower than + 40 ° C since heat is released when the amine dissolves;
7) Загрузка кислоты. Перемешивание до полного растворения;7) Loading acid. Stirring until completely dissolved;
8) Дальнейший нагрев смеси до температуры равной или превышающей верхнюю границу рабочей температуры конденсатора (125°С);8) Further heating of the mixture to a temperature equal to or higher than the upper limit of the working temperature of the condenser (125 ° C);
9) Остывание смеси до температуры окружающей среды при постоянном перемешивании;9) Cooling the mixture to ambient temperature with constant stirring;
10) Перемещение готового электролита в емкость для хранения, не допускающую испарение электролита.10) Moving the finished electrolyte into a storage tank that prevents evaporation of the electrolyte.
Секция алюминиевого электролитического конденсатора изготавливается из оксидированной анодной и травленой катодной фольги, разделенных расположенным между ними сепараторным материалом и имеет вид слоистой или спирально намотанной структуры, образованной чередованием электродов и сепаратора. Секция подвергается сушке в вакууме в течение определенного времени при температуре не ниже 65°С, затем подвергается пропитке рабочим электролитом, помещается в корпус и закрывается уплотнительным элементом. При пропитке предпочтительным является чередование давления выше и ниже атмосферного. Затем конденсаторы подвергаются воздействию постоянного тока напряжением не ниже номинального напряжения конденсатора и температуры равной либо превышающей верхнюю границу диапазона рабочих температур конденсатора.The section of aluminum electrolytic capacitor is made of oxidized anode and etched cathode foil, separated by separator material located between them and has the form of a layered or spirally wound structure formed by alternating electrodes and a separator. The section is dried in vacuum for a certain time at a temperature not lower than 65 ° C, then it is subjected to impregnation with a working electrolyte, placed in a housing and closed by a sealing element. When impregnated, alternating pressures above and below atmospheric is preferred. Then the capacitors are exposed to direct current with a voltage not lower than the rated voltage of the capacitor and a temperature equal to or higher than the upper limit of the range of operating temperatures of the capacitor.
В соответствии с описанным выше процессом приготовления были изготовлены рабочие электролиты. Их состав и параметры соответствуют значениям, приведенным в Таблицах 3, 4. Составы и параметры электролитов приведены в Таблицах 5-8.In accordance with the cooking process described above, working electrolytes were made. Their composition and parameters correspond to the values given in Tables 3, 4. The compositions and parameters of electrolytes are shown in Tables 5-8.
Пример 1.Example 1
Пример 2Example 2
Как видно из параметров электролитов Пример 1 и Пример 2, изменение концентрации ионогенов позволяет в пределах установленных параметров рабочих электролитов снижать сопротивление рабочего электролита либо при нормальных условиях, либо при пониженной рабочей температуре, в зависимости от требований, предъявляемых к конкретному номиналу конденсатора.As can be seen from the electrolyte parameters Example 1 and Example 2, a change in the concentration of ionogens within the established parameters of the working electrolytes allows us to reduce the resistance of the working electrolyte either under normal conditions or at a reduced working temperature, depending on the requirements for a specific capacitor rating.
Пример 3.Example 3
В соответствии с указанным выше способом были изготовлены алюминиевые электролитические конденсаторы. Для изготовления использовался рабочий электролит Пример 2.In accordance with the above method, aluminum electrolytic capacitors were manufactured. For the manufacture of used working electrolyte Example 2.
Параметры алюминиевых электролитических конденсаторов были измерены, результаты измерений приведены в Таблице 9.The parameters of aluminum electrolytic capacitors were measured, the measurement results are shown in Table 9.
Как видно из параметров, приведенных в Таблице 9, алюминиевые электролитические конденсаторы с использованием электролита в соответствии с настоящим изобретением характеризуются более низкими значениями tg δ, импеданса, ESR и тока утечки при нормальных условиях, а также снижением значений tg δ, ESR, меньшим падением емкости (ΔС) при пониженных температурах по сравнению с конденсаторами с использованием электролита-аналога. При этом происходит расширение температурного диапазона.As can be seen from the parameters shown in Table 9, aluminum electrolytic capacitors using an electrolyte in accordance with the present invention are characterized by lower values of tanδ, impedance, ESR and leakage current under normal conditions, as well as a decrease in tanδ, ESR, a smaller drop in capacitance (ΔС) at low temperatures in comparison with capacitors using an electrolyte analog. In this case, the expansion of the temperature range occurs.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123521A RU2713639C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Working electrolyte for condenser, method of its preparation and aluminum electrolytic capacitor with such electrolyte |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123521A RU2713639C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Working electrolyte for condenser, method of its preparation and aluminum electrolytic capacitor with such electrolyte |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2713639C1 true RU2713639C1 (en) | 2020-02-05 |
Family
ID=69624888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019123521A RU2713639C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Working electrolyte for condenser, method of its preparation and aluminum electrolytic capacitor with such electrolyte |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2713639C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3722520B2 (en) * | 1995-08-08 | 2005-11-30 | マルコン電子株式会社 | Electrolytic solution for electrolytic capacitor drive |
| JP3729588B2 (en) * | 1997-02-19 | 2005-12-21 | エルナー株式会社 | Aluminum electrolytic capacitor and electrolytic solution for driving aluminum electrolytic capacitor |
| RU2307417C1 (en) * | 2006-02-17 | 2007-09-27 | Открытое акционерное общество "Элеконд" | Capacitor working electrolyte, method for its production, and aluminum electrolytic capacitor using such electrolyte |
| RU2358348C1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-06-10 | Открытое акционерное общество "Элеконд" | Working electrolyte for condenser, procedure for its preparation and aluminium elecrolytic condenser with such electrolyte |
| EP2416331A1 (en) * | 2009-03-31 | 2012-02-08 | Nippon Chemi-Con Corporation | Electrolytic solution for aluminum electrolytic capacitor, and aluminum electrolytic capacitor |
| US8804309B2 (en) * | 2008-06-05 | 2014-08-12 | California Institute Of Technology | Low temperature double-layer capacitors using asymmetric and spiro-type quaternary ammonium salts |
| RU2612192C1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-03-03 | Открытое акционерное общество "Элеконд" | Working electrolyte for double electric layer capacitor, method of its preparation and capacitor with this electrolyte |
-
2019
- 2019-07-19 RU RU2019123521A patent/RU2713639C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3722520B2 (en) * | 1995-08-08 | 2005-11-30 | マルコン電子株式会社 | Electrolytic solution for electrolytic capacitor drive |
| JP3729588B2 (en) * | 1997-02-19 | 2005-12-21 | エルナー株式会社 | Aluminum electrolytic capacitor and electrolytic solution for driving aluminum electrolytic capacitor |
| RU2307417C1 (en) * | 2006-02-17 | 2007-09-27 | Открытое акционерное общество "Элеконд" | Capacitor working electrolyte, method for its production, and aluminum electrolytic capacitor using such electrolyte |
| RU2358348C1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-06-10 | Открытое акционерное общество "Элеконд" | Working electrolyte for condenser, procedure for its preparation and aluminium elecrolytic condenser with such electrolyte |
| US8804309B2 (en) * | 2008-06-05 | 2014-08-12 | California Institute Of Technology | Low temperature double-layer capacitors using asymmetric and spiro-type quaternary ammonium salts |
| EP2416331A1 (en) * | 2009-03-31 | 2012-02-08 | Nippon Chemi-Con Corporation | Electrolytic solution for aluminum electrolytic capacitor, and aluminum electrolytic capacitor |
| RU2612192C1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-03-03 | Открытое акционерное общество "Элеконд" | Working electrolyte for double electric layer capacitor, method of its preparation and capacitor with this electrolyte |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101866752B (en) | Electrolyte for driving ultrahigh voltage large-sized aluminium electrolytic capacitor and solute thereof | |
| US5496481A (en) | Electrolyte for electrolytic capacitor | |
| US20040218347A1 (en) | Flame-retardant electrolyte solution for electrochemical double-layer capacitors | |
| TWI575546B (en) | Aluminum Electrolytic Capacitors Electrolyte and Aluminum Electrolytic Capacitors | |
| WO1996019815A9 (en) | Electrolyte for electrolytic capacitor | |
| JPH0257694B2 (en) | ||
| JP2005167246A (en) | Electrolyte for high-tension electrolytic capacitor | |
| RU2713639C1 (en) | Working electrolyte for condenser, method of its preparation and aluminum electrolytic capacitor with such electrolyte | |
| KR101960548B1 (en) | Electrolyte for electrolytic capacitor | |
| JP2018174233A (en) | Electrolyte solution for driving electrolytic capacitor and electrolytic capacitor arranged by use thereof | |
| EP2903010A1 (en) | Electrolytic solution for electrolytic capacitor, and electrolytic capacitor | |
| RU2715998C1 (en) | Working electrolyte for condenser, method of its preparation and aluminum electrolytic capacitor with such electrolyte | |
| RU2716491C1 (en) | Working electrolyte for condenser, method of its preparation and aluminum electrolytic capacitor with such electrolyte | |
| RU2612192C1 (en) | Working electrolyte for double electric layer capacitor, method of its preparation and capacitor with this electrolyte | |
| JPS62226614A (en) | Electrolyte for electrolytic capacitor | |
| RU2358348C1 (en) | Working electrolyte for condenser, procedure for its preparation and aluminium elecrolytic condenser with such electrolyte | |
| JP6783914B1 (en) | Conductive polymer hybrid type electrolytic capacitor | |
| JP2018164009A (en) | Electrolytic solution for driving electrolytic capacitor and electrolytic capacitor using the same | |
| JP6131136B2 (en) | Electrolytic capacitor driving electrolyte and electrolytic capacitor using the same | |
| JP2016192465A (en) | Electrolyte for driving electrolytic capacitor, and electrolytic capacitor employing the same | |
| JP2701874B2 (en) | Electrolyte for electrolytic capacitors | |
| JP3473291B2 (en) | Electrolytic solution for driving electrolytic capacitor and electrolytic capacitor using the same | |
| RU2393569C1 (en) | Work electrolyte for condenser, method of electrolyte obtainment, and aluminium condenser with electrolyte | |
| RU2362229C1 (en) | Working electrolyte for capacitor, method of preparing said electrolyte and aluminium electrolytic capacitor with such electrolyte | |
| JP3473288B2 (en) | Electrolytic solution for driving electrolytic capacitor and electrolytic capacitor using the same |