CN102254687B - 一种led灯用铝电解电容器及其采用的工作电解液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED灯用铝电解电容器的工作电解液，该电解液组分包括质量百分含量为38.5％～85.7％的主溶剂、5％～25％的辅助溶剂、4％～20％的溶质和5％～15％的改性添加剂、0.2％～1％的消氢剂及0.1％～0.5％的防水合剂，所述主溶剂为丙三醇。本发明改进了铝电解电容器的工作电解液，同时优选阳极铝箔、电解纸等材料，改进产品设计，缩小产品外型体积；改进产品封口工艺，改用“方形”束腰轮组装，降低电解液挥化性，提高产品使用寿命，成功开发出了LED灯用高性能、长寿命铝电解电容器。

Description

一种LED灯用铝电解电容器及其采用的工作电解液

技术领域

本发明涉及一种铝电解电容器技术领域，尤其涉及一种LED灯用铝电解电容器的工作电解液及采用该电解液的电解电容器。

背景技术

全球照明用电量居全年总用电量约20％，其中多达90％的电能，被转换成热能消耗，不具经济效益。LED灯做为新型照明，因其具有高节能、高省电、光衰性能好以及使用寿命长等优势，在国外开始进入家庭室内照明，在国内，也开始进入商业照明和家庭照明，但由于成本较高，消费者仍需有一个接受过程。对LED灯，因其工作环境温度高，以及电路本身的结构特点，对铝电解电容器要求较苛刻，对应用于LED照明中铝电解电容器，因需使用寿命长、体积小、稳定性高、耐高温以及大纹波电流冲击等特点，

目前市场上主要是使用日本CHEMI-CON的产品，产品技术水平达使用寿命75℃30000小时，国内厂家的现有技术LED灯用铝电解电容器由于采用的工作电解液体系比较单一，工作电解液高温物化性能不稳定，易发生热分解、酰胺化以及酯化等反应，生产工艺也比较简单，以及采用常规设计，导致电容器体积较大，稳定性不高，使用寿命短，耐纹波电流能力差。几乎不能满足LED灯用铝电解电容器的要求。

公开号为CN101866751A，公开日为2010年10月20日，发明名称为《一种耐高温铝电解的电解液及其应用》的中国发明专利申请公开了一种耐高温铝电解的电解液，在其配方中包括主溶剂、辅助溶剂、溶质、防腐剂、提高闪火电压的添加剂、消氢剂及防水合剂。该申请着眼于提高电解液的则高温性能、抗腐蚀性及闪火电压性能等。

发明内容

针对目前铝电解电容器技术发展的需求和LED灯行业发展的需要，本发明专利主要是通过对工作电解液进行研究，提高电解液电导率，闪火电压以及高温稳定性等，提供一种改进的铝电解电容器电解液及采用该电解液的铝电解电容器。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种LED灯用铝电解电容器的工作电解液，该电解液组分包括质量百分含量为38.5％～85.7％的主溶剂、5％～25％的辅助溶剂、4％～20％的溶质和5％～15％的改性添加剂、0.2％～1％的消氢剂及0.1％～0.5％的防水合剂，

所述主溶剂为三甘醇；

所述辅助溶剂为乙二醇、磷酸三甲酯、丙三醇、二甘醇、二甘醇二丁醚中的一种或若干种的混合；

所述溶质采用碳链数达20～40以上的带支链羧酸钾盐、苯甲酸钾、癸二酸钾、癸二酸、壬二酸、甲酸钾、十八碳烯双酸铵中的一种或若干种的混合；

所述改性添加剂，包括防腐剂，该防腐剂为季戊四醇、偏钨酸铵、偏硅酸铵、硅钨酸、钨酸铵、钼酸铵、铬酸铵中的一种或若干种的混合；还包括为改善工作电解液闪火电压及高温稳定能而添加的选自聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛、对氨基苯磺酸、重铬酸铵、硅酮油中的一种或若干种的混合物的改性添加剂；

所述消氢剂为葡萄糖酸δ内酯、2，4，6-三硝基苯酚中的一种或若干种的混合；

所述防水合剂为硝酸锶、次亚磷酸、次亚磷酸铵、多聚磷酸、三聚磷酸钠中的一种或若干种的混合。

一种采用如上所述的工作电解液的铝电解电容器。

所述电解电容器的阳极采用高比容化成铝箔，所述芯子选取薄电解纸，可缩小产品的尺寸，实现产品的缩体化。

所述电解电容器的阴极铝箔采用2-3V的化成铝箔，提高产品使用寿命以及耐纹波电流能力。

一种铝电解电容器的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)卷绕芯子；

(2)按照如上所述的配方配制电解液；

(3)将卷绕好的芯子装入带孔的硬质盒中再叠放入含浸缸，加入配好的电解液，采用加正压力0.2Mpa与抽真空度-0.1Mpa交替循环含浸，循环含浸的间隔时间40分钟；

(4)将芯子铆接盖板；

(5)开口常温老化，然后卷边封口再高温老化，老化好后套管并测试。

作为一种优先实施方式，步骤(3)组装时采用“方形”束腰轮，可加强产品束腰处的密封性，降低产品电解液挥化性，有利于延长产品使用寿命。

本发明改进了铝电解电容器的工作电解液，同时优选阳极铝箔、电解纸等材料，改进产品设计，缩小产品外型体积；改进产品封口工艺，改用“方形”束腰轮组装，降低电解液挥化性，提高产品使用寿命，成功开发出了LED灯用高性能、长寿命铝电解电容器。产品能满足LED照明灯对其需长寿命、小体积化、低损耗以及低漏电流要求。产品使用寿命长达75℃30000小时或105℃4000小时的整灯点灯试验。LED灯用铝电解电容器的成功开发使产品能完全满足LED照明行业的发展需求，并逐步取代日本同类产品，对今后实现新的经济增长具有较大贡献，将产生良好的经济效益和社会效益。

通过开发高电导率、高稳定性工作电解液，以及改进产品设计、优化生产工艺，确保产品能满足LED照明领域对铝电解电容器的特殊要求，产品的主要特点有：

(1)使用寿命长，达75℃30000小时。

(2)阳极采用高比容化成铝箔，用薄的电解纸设计芯子，满足产品的小型化要求。

(3)阴极铝箔采用2-3V的化成铝箔，提高产品使用寿命以及耐纹波电流能力。

(4)采用650-700V化成导针，降低产品漏电流，提高产品的贮存稳定性。

(5)产品工作电压范围宽：200-500V。

解决了用于LED照明中铝电解电容器需使用寿命长、体积小、稳定性高、耐大纹波电流冲击的难题。

具体实施方式

本发明电解电容器的生产工艺流程如下：

1、卷绕芯子。

2、配制电解液。

3、将卷绕好芯子装入带孔的硬质盒中再叠放入含浸缸，加入电解液，采用加正压力0.2Mpa与抽真空度-0.1Mpa交替循环含浸，循环含浸的间隔时间40分钟。

4、将芯子铆接盖板。

5、开口常温老化，然后卷边封口再高温老化，老化好后套管并测试。

对于液态铝电解电容器，工作电解液是真正阴极，电解液性能直接决定着产品的特性。本发明涉及的工作电解液适用于200-500V产品。下面以各实施例说明工作电解液的配制。

实施例1

按以下质量百分含量配制电解液：

主溶剂：85.7％的丙三醇。

辅助溶剂：5％的乙二醇。

溶质：2％的30-支链碳钾盐、1％的癸二酸钾、1％的癸二酸。总含量为4％。

防腐剂：0.5％的偏钨酸铵、0.5％的偏硅酸铵。总含量为1％。

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：3％的聚乙烯醇缩甲醛、1％的重铬酸铵。

总含量为4％。

消氢剂：0.2％的葡萄糖酸δ内酯。

防水合剂：0.02％的次亚磷酸、0.08％的次亚磷酸铵。含量为0.1％。

将主溶剂、辅助溶剂加热至70-90℃，加入溶质，加热到110-135℃关火，加入添加剂、消氢剂以及防水合剂，使之完全溶解，自然冷却后即可。

实施例2

按以下质量百分含量配制电解液：

主溶剂：73.4％的丙三醇。

辅助溶剂：5％的乙二醇、5％的二甘醇。总含量为10％。

溶质：2％的30-支链碳钾盐、3％的壬二酸钾、1％的壬二酸、2％的癸二酸。总含量为8％。

防腐剂：1％的季戊四醇、1％的硅钨酸。总含量为2％。

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：4％的对氨基苯磺酸、1％的重铬酸铵、1％的硅酮油。总含量为6％。

消氢剂：0.4％的2，4，6-三硝基苯酚。

防水合剂：0.1％的硝酸锶、0.1％的多聚磷酸。含量为0.2％。

将主溶剂、辅助溶剂加热至70-90℃，加入溶质，加热到110-135℃关火，加入添加剂、消氢剂以及防水合剂，使之完全溶解，自然冷却后即可。

实施例3

按以下质量百分含量配制电解液：

主溶剂：62.1％的丙三醇

辅助溶剂：5％的磷酸三甲酯、5％的三甘醇、5％的二甘醇。总含量为15％。

溶质：2％的30-支链碳钾盐、4％的苯甲酸钾、3％的壬二酸钾、1％的壬二酸、2％的癸二酸。总含量为12％。

防腐剂：1％的季戊四醇、2％的钨酸铵。总含量为3％。

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：4％的聚乙烯醇缩甲醛、2％的对氨基苯磺酸、1％的硅酮油。总含量为7％。

消氢剂：0.5％的葡萄糖酸δ内酯、0.1％的2，4，6-三硝基苯酚。含量为0.6％。防水合剂：0.15％的多聚磷酸、0.15％的三聚磷酸钠。含量为0.3％。

将主溶剂、辅助溶剂加热至70-90℃，加入溶质，加热到110-135℃关火，加入添加剂、消氢剂以及防水合剂，使之完全溶解，自然冷却后即可。

实施例4

按以下质量百分含量配制电解液：

主溶剂：50.8％的丙三醇。

辅助溶剂：5％的磷酸三甲酯、5％的三甘醇、5％的二甘醇、5％的二甘醇二丁醚。

总含量为20％。

溶质：2％的30-支链碳钾盐、4％的苯甲酸钾、2％的癸二酸钾、2％的壬二酸钾、2％的壬二酸、2％的癸二酸、1％的十八碳烯双酸铵。总含量为15％。

防腐剂：1％的季戊四醇、2％的偏钨酸铵、1％的铬酸铵。总含量为4％。提高闪火电压及高温稳定的添加剂：5％的聚乙烯醇缩乙醛、3％的对氨基苯磺酸、1％的重铬酸铵。总含量为9％。

消氢剂：0.5％的葡萄糖酸δ内酯、0.3％的2，4，6-三硝基苯酚。含量为0.8％。防水合剂：0.2％的次亚磷酸铵、0.2％的三聚磷酸钠。含量为0.4％。

将主溶剂、辅助溶剂加热至70-90℃，加入溶质，加热到110-135℃关火，加入添加剂、消氢剂以及防水合剂，使之完全溶解，自然冷却后即可。

实施例5

按以下质量百分含量配制电解液：

主溶剂：38.5％的丙三醇

辅助溶剂：15％的三甘醇、5％的二甘醇、5％的二甘醇二丁醚。总含量为25％。

溶质：2％的30-支链碳钾盐、3％的癸二酸钾、4％的壬二酸钾、5％的壬二酸、4％的癸二酸、2％的甲酸铵。总含量为20％。

防腐剂：3％的偏硅酸铵、1％的硅钨酸、1％的钼酸铵。总含量为5％。

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：5％的聚乙烯醇缩乙醛、3％的对氨基苯磺酸、1％的重铬酸铵、1％的硅酮油。总含量为10％。

消氢剂：0.5％的葡萄糖酸δ内酯、0.5％的2，4，6-三硝基苯酚。含量为1％。防水合剂：0.1％的次亚磷酸铵、0.2％的多聚磷酸、0.2％的三聚磷酸钠。含量为0.5％。

将主溶剂、辅助溶剂加热至70-90℃，加入溶质，加热到110-135℃关火，加入添加剂、消氢剂以及防水合剂，使之完全溶解，自然冷却后即可。

应用实施例1-5电解液制作10μF/400V产品高温寿命性能见表1：

表1

Claims (11)

1.一种LED灯用铝电解电容器的工作电解液，其特征在于：该电解液组分包括质量百分含量为38.5%～85.7%的主溶剂、5%～25%的辅助溶剂、4%～20%的溶质和5%～15%的改性添加剂、0.2%～1%的消氢剂及0.1%～0.5%的防水合剂，

所述主溶剂为丙三醇；

所述辅助溶剂为乙二醇、磷酸三甲酯、三甘醇、二甘醇、二甘醇二丁醚中的一种或若干种的混合；

所述溶质采用碳链数达20～40以上的带支链羧酸钾盐、苯甲酸钾、癸二酸钾、癸二酸、壬二酸、甲酸钾、十八碳烯双酸铵中的一种或若干种的混合；

所述改性添加剂，包括防腐剂，该防腐剂为季戊四醇、偏钨酸铵、偏硅酸铵、硅钨酸、钨酸铵、钼酸铵、铬酸铵中的一种或若干种的混合；还包括为改善工作电解液闪火电压及高温稳定能而添加的选自聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛、对氨基苯磺酸、重铬酸铵、硅酮油中的一种或若干种的混合物的改性添加剂；

所述消氢剂为葡萄糖酸δ内酯、2，4，6-三硝基苯酚中的一种或若干种的混合；

所述防水合剂为硝酸锶、次亚磷酸、次亚磷酸铵、多聚磷酸、三聚磷酸钠中的一种或若干种的混合。

2.根据权利要求1所述的LED灯用铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，

该工作电解液各组分及各组分的质量百分含量为：

主溶剂：85.7%的丙三醇；

辅助溶剂：5%的乙二醇；

溶质：2%的30-支链碳钾盐、1%的癸二酸钾、1%的癸二酸，总含量为4%；

防腐剂：0.5%的偏钨酸铵、0.5%的偏硅酸铵，总含量为1%；

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：3%的聚乙烯醇缩甲醛、1%的重铬酸铵，总含量为4%；

消氢剂：0.2%的葡萄糖酸δ内酯；

防水合剂：0.02%的次亚磷酸、0.08%的次亚磷酸铵，含量为0.1%。

3.根据权利要求1所述的LED灯用铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，

该工作电解液各组分及各组分的质量百分含量为：

主溶剂：73.4%的丙三醇；

辅助溶剂：5%的乙二醇、5%的二甘醇，总含量为10%；

溶质：2%的30-支链碳钾盐、3%的壬二酸钾、1%的壬二酸、2%的癸二酸，总含量为8%；

防腐剂：1%的季戊四醇、1%的硅钨酸，总含量为2%；

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：4%的对氨基苯磺酸、1%的重铬酸铵、1%的硅酮油，总含量为6%；

消氢剂：0.4%的2，4，6-三硝基苯酚；

防水合剂：0.1%的硝酸锶、0.1%的多聚磷酸，含量为0.2%。

4.根据权利要求1所述的LED灯用铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，

该工作电解液各组分及各组分的质量百分含量为：

主溶剂：62.1%的丙三醇；

辅助溶剂：5%的磷酸三甲酯、5%的三甘醇、5%的二甘醇，总含量为15%；

溶质：2%的30-支链碳钾盐、4%的苯甲酸钾、3%的壬二酸钾、1%的壬二酸、2%的癸二酸，总含量为12%；

防腐剂：1%的季戊四醇、2%的钨酸铵，总含量为3%；

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：4%的聚乙烯醇缩甲醛、2%的对氨基苯磺酸、1%的硅酮油，总含量为7%；

消氢剂：0.5%的葡萄糖酸δ内酯、0.1%的2，4，6-三硝基苯酚，含量为0.6%；

防水合剂：0.15%的多聚磷酸、0.15%的三聚磷酸钠，含量为0.3%。

5.根据权利要求1所述的LED灯用铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，

该工作电解液各组分及各组分的质量百分含量为：

主溶剂：50.8%的丙三醇；

辅助溶剂：5%的磷酸三甲酯、5%的三甘醇、5%的二甘醇、5%的二甘醇二丁醚，总含量为20%；

溶质：2%的30-支链碳钾盐、4%的苯甲酸钾、2%的癸二酸钾、2%的壬二酸钾、2%的壬二酸、2%的癸二酸、1%的十八碳烯双酸铵，总含量为15%；

防腐剂：1%的季戊四醇、2%的偏钨酸铵、1%的铬酸铵，总含量为4%；

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：5%的聚乙烯醇缩乙醛、3%的对氨基苯磺酸、1%的重铬酸铵，总含量为9%；

消氢剂：0.5%的葡萄糖酸δ内酯、0.3%的2，4，6-三硝基苯酚，含量为0.8%；

防水合剂：0.2%的次亚磷酸铵、0.2%的三聚磷酸钠，含量为0.4%。

6.根据权利要求1所述的LED灯用铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，

该工作电解液各组分及各组分的质量百分含量为：

主溶剂：38.5%的丙三醇；

辅助溶剂：15%的三甘醇、5%的二甘醇、5%的二甘醇二丁醚，总含量为25%；

溶质：2%的30-支链碳钾盐、3%的癸二酸钾、4%的壬二酸钾、5%的壬二酸、4%的癸二酸、2%的甲酸铵，总含量为20%；

防腐剂：3%的偏硅酸铵、1%的硅钨酸、1%的钼酸铵，总含量为5%；

提高闪火电压及高温稳定的添加剂：5%的聚乙烯醇缩乙醛、3%的对氨基苯磺酸、1%的重铬酸铵、1%的硅酮油，总含量为10%；

消氢剂：0.5%的葡萄糖酸δ内酯、0.5%的2，4，6-三硝基苯酚，含量为1%；

防水合剂：0.1%的次亚磷酸铵、0.2%的多聚磷酸、0.2%的三聚磷酸钠，含量为0.5%。

7.一种采用如权利要求1所述的工作电解液的铝电解电容器。

8.根据权利要求7所述的铝电解电容器，其特征在于：所述电解电容器的阳极采用高比容化成铝箔，所述电解电容器的芯子选取薄电解纸。

9.根据权利要求7所述的铝电解电容器，其特征在于：所述电解电容器的阴极铝箔采用2-3V的化成铝箔。

10.一种铝电解电容器的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）卷绕芯子；

（2）按照如权利要求1所述的配方配制电解液；

（3）将卷绕好的芯子装入带孔的硬质盒中再叠放入含浸缸，加入配好的电解液，采用加正压力0.2Mpa与抽真空度-0.1Mpa交替循环含浸，循环含浸的间隔时间40分钟；

（4）将芯子铆接盖板；

（5）开口常温老化，然后卷边封口再高温老化，老化好后套管并测试。

11.根据权利要求10所述的铝电解电容器的制造方法，其特征在于：步骤（3）组装时采用“方形”束腰轮。