CN100492561C - 电解电容器用电解液及采用该电解液的电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解电容器用电解液及及采用该电解液的电容器。这种电解液包括溶剂和溶质，溶剂又包括主溶剂和辅助溶剂，其中主溶剂为高沸点的非质子溶剂如N-甲基吡咯烷酮，主溶剂、辅助溶剂和溶质在整个电解液中所占的重量百分比分别为：主溶剂40-82%，辅助溶剂8-32%，溶质6-28%。本发明的电解液还可以含有磷酸、对硝基苯甲酸等添加剂，有效地解决了电解液在高温下侵蚀铝箔表面的氧化膜的问题。本发明的电解液使电容器可耐受最高达260℃的回流焊温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解电容器用的电解液及采用该电解液的电容器，更具体地讲，本发明涉及一种以N-甲基吡咯烷酮为主溶剂的片式铝电解电容器用电解液及采用该电解液的电容器。
背景技术
随着电子整机产品向轻、薄、小的方向发展以及表面安装技术在电子整机方面的广泛应用，片式化已经成为电子元器件发展的主流。片式铝电解电容器就是一种适用于表面安装技术的电子元件，所用电解质是液体，称为电解液。
根据现有技术，在片式铝电解电容器用的电解液中，其溶剂多采用乙二醇、水、N，N-二甲基甲酰胺或其混合体系，溶质则多采用有机羧酸及其盐。然而，这种电解液存在如下不足：一方面，片式铝电解电容器在安装使用时要经过回流焊，回流焊时的最高温可达260℃，在如此高的温度下，使用这种电解液的片式铝电解电容器容易出现胶粒凸、铝壳凸等问题，影响了电容器的外观；另一方面，这种电解液在承受回流焊时，还会产生很大的蒸汽压力，这种蒸汽压力很容易导致电容器的损坏变形。
因此，研究既能耐高温、又不会产生高蒸汽压而导致电容器变形的电解液，成为了当前的热点。
中国专利申请CN 95108042.3公开了一种芯片型铝电解电容器，在锡焊施加温度时使该电解液的蒸汽压在其带底外壳以及封口材料的变形压力以下；该电解液的电解质由胺盐或季胺盐构成，溶剂由γ-丁内酯构成，该电解液包括物理吸附，以化学键存在及反应生成的水，水的含量相对电解液的浸渍量而言在10％以下。
中国专利CN 87102200公开了一种电解电容器用的电解液，该专利采用非质子溶剂作为溶剂，采用1，3-二酮的烯醇式酸的烷基季铵盐类作为溶质，其优点是避免像CN 95108042.3一样使用水等质子性溶剂，而使采用此类电解液的电容器能在较高温度下如超过100℃时稳定运行。但该专利仍不能保证高温下使用其所提供的电解液的电容器性能。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种电解电容器用电解液，该电解液能耐高温，并且不会产生导致电容器变形的蒸汽压。
本发明的电解电容器用电解液包括溶剂和溶质，而溶剂又包括主溶剂和辅助溶剂，其中主溶剂采用高沸点的非质子溶剂，而且主溶剂、辅助溶剂和溶质在整个电解液中所占的重量百分比分别为：主溶剂40-82％，辅助溶剂8-32％，溶质6-28％。
上述的电解电容器用电解液中，主溶剂优选采用N-甲基吡咯烷酮。与通常采用的非质子溶剂的电解液相比，本发明采用N-甲基吡咯烷酮等高沸点的非质子溶剂，使得电解液耐高温的能力大大增强，从而使得电解电容器最高可耐受260℃的回流焊温度，基本上避免了胶粒凸、铝壳凸等影响电容器外观的现象。当然，本发明也可以采用除N-甲基吡咯烷酮外的、其它的高沸点非质子溶剂。
本发明的电解液中，所用溶剂除了含有高沸点非质子溶剂以外，还含有辅助溶剂，所用的辅助溶剂是选自于下列一组物质中的一种物质或其几种物质的混合物：γ-丁内酯、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N-乙基甲酰胺、N-乙基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二乙基乙酰胺、碳酸亚乙酯、碳酸丙二醇酯、二甲基亚砜和乙肼。
优选地，所用辅助溶剂是γ-丁内酯、甲酰胺和N-甲基甲酰胺中的一种或其几种的混合物。
一般来说，高沸点的主溶剂占总溶剂量的较大比例，而辅助溶剂相对主溶剂来说要少一些。但有时根据具体情况，辅助溶剂也可以多过主溶剂。
本发明的电解液中，所用溶质是有机羧酸和/或其盐，或者是有机羧酸与咪唑、胺等有机碱的反应生成物。优选地，所用溶质是选自于下列一组物质中的一种物质或其几种物质的混合物：邻苯二甲酸、邻苯二甲酸盐、富马酸、富马酸盐、丁二酸和丁二酸盐；更优选地，所用溶质是邻苯二甲酸盐、富马酸盐和丁二酸盐中的一种或起几种的混合物；最优选地，所用的邻苯二甲酸盐、富马酸盐和丁二酸盐分别是其各自的咪唑盐或三乙胺盐。
以上的电解液特别适合于铝电解电容器，尤其是片式铝电解电容器。
针对在高温下电解液会慢慢侵蚀铝箔表面的氧化膜，而引起氧化膜的性质发生变化，导致产品性能恶化的问题，本发明在电解液中加入添加剂，以改善电解电容器的性能。所用添加剂占整个电解液总重量的0.1-4％，可以是选自于磷酸、磷酸盐、磷酸酯、带苯环的硝基化合物和带苯环的羟基化合物中的一种或其几种的混合物，优选是选自于磷酸、磷酸二氢铵、次亚磷酸铵、磷酸单酯、硝基苯酚、对硝基苯甲酸和对硝基苯甲醇中的一种或其几种的混合物。
即本发明中优选采用以下两类添加剂：
(1)磷酸、磷酸酯、磷酸盐中的一种或其几种的混合物。例如，磷酸、磷酸单酯、磷酸二氢铵、次亚磷酸铵等。这些物质可以在铝氧化膜表面再形成一层网络状磷酸铝石层，起到双层保护电容器表面的作用，从而有效地抑制了漏电流的回升。
(2)带苯环的硝基化合物和带苯环的羟基化合物中的一种或其几种的混合物。例如，硝基苯酚、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醇等。这类物质的特点是具有电负性基团，可以吸附电解液在修补氧化膜时产生的氢离子，从而能够减少氢气的产生量。除了所列举的以上几种物质外，其他具有负电基团的硝基和/或羟基的苯类衍生物也可以作为添加剂使用。本发明利用带苯环的硝基化合物和带苯环的羟基化合物的电负性基团能吸附氢离子的原理，在电解液中添加该类物质，使(1)类添加剂真正对电容器起到保护的作用。因此，优选同时采用(1)类和(2)类添加剂。
本发明的电解液可采用如下方法进行制备：
a、将溶剂加热，如加热至60℃-80℃；
b、溶质或者将溶质和添加剂一并加至溶剂中，进一步进行加热，如将温度升至80℃-100℃，并保持温度，直至加入的物质完全溶解；
c、将步骤b所得混合液冷却，即得到电解电容器用电解液。
在上述步骤c中，冷却的方法可以采用自然冷却或人工冷却。
本发明另一个目的是提供一种电解电容器，该电解电容器采用本发明的电解液。该电解电容器优选为铝电解电容器，尤其优选片式铝电解电容器。
采用本发明的电解液，能使铝电解电容器在回流焊时承受的最高温度提高到260℃，基本不产生变形现象。而且，由于添加剂的加入，增添了一层保护层，从而减少了高温下的电解液对铝箔表面的氧化膜的侵蚀，使产品的性能得到很大的改善。因此，本发明片式铝电解电容器能具有优良的性能和良好的外观。
以下结合实施例，来进一步说明本发明，但本发明并不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的替代或改进，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。
具体实施方式
将所有的溶剂按表1所示的重量百分比混合，加热至60℃-80℃，然后将溶质和添加剂倒入混合溶剂中，加热至80℃-100℃，并保持此温度，使之完全溶解，然后自然冷却后即可。
表1
按上述表1中的配方制备电解液，然后用制备的电解液制成片式铝电解电容器，并检验其性能，见表2。
表2
| 产品编号 | 回流焊后外观、性能 | 漏电流(LC) | 容量(C) | 损耗角(DF) |
| 1 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 2 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 3 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 4 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 5 | 一般 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 6 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 7 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 8 | 一般 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 9 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 10 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 11 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 12 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 13 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 14 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 15 | 一般 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 16 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 17 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 18 | 一般 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 19 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 20 | 良好 | 合格 | 合格 | 合格 |
Claims (8)
1、一种电解电容器用电解液，该电解液包括溶剂、溶质和添加剂，其特征在于，所述的溶剂包括主溶剂和辅助溶剂，所述的主溶剂、辅助溶剂、溶质和添加剂在所述电解液中所占的重量百分比分别为：主溶剂40-82％，辅助溶剂8-32％，溶质6-28％，添加剂0.1-4％；其中：
所述的主溶剂为高沸点的非质子溶剂；
所述的辅助溶剂是选自于下列一组物质中的一种物质或其几种物质的混合物：γ-丁内酯、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N-乙基甲酰胺、N-乙基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二乙基乙酰胺、碳酸亚乙酯、碳酸丙二醇酯、二甲基亚砜和乙肼；
所述的溶质是选自于下列一组物质中的一种物质或其几种物质的混合物：邻苯二甲酸、邻苯二甲酸盐、富马酸、富马酸盐、丁二酸和丁二酸盐；
所述的添加剂是选自于下列一组物质中的一种物质或其几种物质的混合物：磷酸、磷酸盐、磷酸酯、带苯环的硝基化合物和带苯环的羟基化合物。
2、如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的主溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
3、如权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述的辅助溶剂是选自于下列一组物质中的一种物质或其几种物质的混合物：γ-丁内酯、甲酰胺和N-甲基甲酰胺。
4、如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的溶质是选自于下列一组物质中的一种物质或其几种物质的混合物：邻苯二甲酸盐、富马酸盐和丁二酸盐。
5、如权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述的邻苯二甲酸盐、富马酸盐和丁二酸盐分别是其各自的咪唑盐或三乙胺盐。
6、如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的添加剂是选自于下列一组物质中的一种物质或其几种物质的混合物：磷酸、磷酸二氢铵、次亚磷酸铵、磷酸单酯、硝基苯酚、对硝基苯甲酸和对硝基苯甲醇。
7、如权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述的添加剂包括磷酸、磷酸盐和磷酸酯中的一种物质或其几种物质，并进一步包括带苯环的硝基化合物和带苯环的羟基化合物中的一种物质或其几种物质。
8、一种电解电容器，其特征在于，该电解电容器采用权利要求1-7之一所述的电解液。
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