CN102779644B

CN102779644B - 阻燃宽温高压铝电解电容器用电解液及其制备方法

Info

Publication number: CN102779644B
Application number: CN201210164156.4A
Authority: CN
Inventors: 王德全; 罗志刚; 宁昆
Original assignee: SHENZHEN ZHONGYUAN ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN ZHONGYUAN ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: CN102779644A

Abstract

本发明申请提供一种阻燃宽温高压铝电解电容器用工作电解液，包括如下重量百分含量的组分：主溶剂：45～80%；氧化膜稳定剂：0.1～5%；辅助溶剂：5～15％；吸氢剂：0.2～3％；溶质：5～10%；阻燃剂：5～15％；闪火电压提高剂：5～15%。本发明申请还提供上述电解液的制备方法，及其在高压电解电容器的制备中的应用。该电解液使用了合适的溶剂组合，实现了－40～＋105℃的宽温性；使用了带有支链的有机羧酸盐和长碳链的直链羧酸盐的复合溶质，既保证了稳定性又控制住了成本；添加了合适的闪火电压提高剂、氧化膜稳定剂、吸氢剂，提高了电解液的闪火电压，又使铝电解电容器长期使用后特性参数不致劣化；添加了阻燃添加剂，使铝电解电容打火后不易燃烧。

Description

阻燃宽温高压铝电解电容器用电解液及其制备方法

技术领域

本发明申请涉及一种具有阻燃性的宽温高压铝电解电容器工作用电解液及其制备方法和应用，属于电容器技术领域。

背景技术

近年来，由于世界范围内的能源紧缺，以节能为目的的变频器、变频空调等整机得到快速发展。作为这类整机中输入滤波用的高压铝电解电容是一种关键电子元件，通常以串并联组合使用，因而对安全性、可靠性要求很高，一直以来50%以上的需求依靠进口。虽然国产的电容也有使用，但经常出现爆炸，甚至燃烧的严重后果。一方面，变频器厂家为了降低成本，对国产高压电解电容器有旺盛的需求以替代进口电容，另一方面，对其安全性（特别是阻燃性）、可靠性提出了更高的要求。

电解液是铝电解电容器的真正负极，其性能对铝电解电容器的诸多特性均有决定性的影响。二十世纪90年代以前，乙二醇/硼酸盐体系电解液用了多年，因其具有良好的阻燃性，且温度也能满足－25～＋85℃要求，所以得到广泛使用。进入90年代以后，因整机使用温度范围不断扩展，要求达到－25～＋105℃，甚至－25～＋125℃，此时乙二醇/硼酸盐系电解液已不能满足要求，因而开发了乙二醇/有机羧酸盐系电解液，此类电解液具有优良的氧化效率和高低温稳定性，所以很快得到推广使用。但此类电解液不具阻燃性，一经点燃就会燃烧不止，为了解决铝电解电容器易燃烧的问题，本领域技术人员经历了不懈的探索。

中国专利CN 101477901A公开了一种阻燃电解液及其制备方法，其电解液的组成包括：乙二醇、聚乙烯醇、硼酸、四硼酸铵、甘露糖醇，其重量百分比分别为：56～75%，0.5～2.5％，6～10％，10～15％，8～15％，另外再添加0.5～1.5%的O-硝基茴香醚。此电解液据介绍耐压达到450V，降低了电解液蒸汽压，具有阻燃性，但使用温度只能达到95℃，寿命只能达到2000小时。

中国专利CN 101404208A公开了一种电解电容器工作电解液，其组成包括了溶剂、溶质、优化添加剂和阻燃添加剂。溶剂包括乙二醇、正丁醇、苯甲醇、一缩二乙二醇、正辛醇、γ－丁内酯、δ－戊内酯、醋酸丁酯中的一种或多种；溶质包括癸二酸、壬二酸、十二二酸、己二酸、苯甲酸、硼酸及其铵盐中的一种或多种；优化添加剂包括消氢添加剂和防水合添加剂；消氢添加剂为对硝基苯酚、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醇等硝基化合物及其盐；防水合添加剂为磷酸、亚磷酸、次亚磷酸、磷酸及其铵盐；阻燃添加剂为甲基膦酸二甲酯。用此电解液做成的铝电解电容器，当打火引起燃烧时，甲基膦酸二甲酯分解形成的磷酸层覆盖于燃烧表面，隔绝了氧气供给，从而阻止了燃烧。但由于用作阻燃剂的甲基膦酸二甲酯主要是由三氯化磷和甲醇合成的，用量大，需达到10%以上才有效果，难以保证电解液中的氯离子含量达到较低水平，所以有腐蚀的隐患，因而难以期望做成可靠性高长寿命的产品。

发明内容

本发明申请即是针对目前铝电解电容器工作用电解液所存在的上述不足之处，提供一种阻燃宽温高压铝电解电容器工作电解液及其制备方法。

本发明的一种阻燃宽温高压铝电解电容器用工作电解液，包括如下重量百分含量的组分：

主溶剂：45～80%；氧化膜稳定剂：0.1～5%；

辅助溶剂：5～15％；吸氢剂：0.2～3％；

溶质：5～10%；阻燃剂：5～15％；

闪火电压提高剂：5～15%。

进一步的，所述的主溶剂为乙二醇。

进一步的，所述的辅助溶剂为γ－丁内酯、丙三醇、二甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二甘醇甲醚、二甘醇丁醚中的一种或两种以上的混合，此处，“两种以上”表示大于或等于2。

进一步的，所述的溶质选自硼酸、五硼酸铵、壬二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、1，10－十二双酸铵、1，6－十二双酸铵、1，7－癸二酸铵、异癸二酸铵、C14~C30脂肪酸铵中的一种或两种以上的混合，此处，“两种以上”表示大于或等于2。

进一步的，所述的闪火电压提高剂选自聚乙二醇400＃～3000＃、聚甘油、聚乙烯醇300＃～2400＃、改性聚乙烯醇或纳米二氧化硅分散剂中的一种或两种以上的混合，此处，“两种以上”表示大于或等于2。

进一步的，所述的氧化膜稳定剂选自亚磷酸、亚磷酸铵、次亚磷酸、次亚磷酸铵、烷基磷酸酯、甘露醇、山梨糖醇、葡萄糖或乳糖中的一种或两种以上的混合，此处，“两种以上”表示大于或等于2。

进一步的，所述的吸氢剂选自对硝基苯酚、对硝基苯甲醇、间硝基乙酰苯、邻硝基苯甲醚、间二硝基苯或对硝基苯甲酸铵中的一种或两种以上的混合，此处，“两种以上”表示大于或等于2。

进一步的，所述的阻燃剂为二乙基亚膦酸酯。

进一步的，所述的阻燃宽温高压铝电解电容器用工作电解液，包括如下重量比的组分：

乙二醇：65.5%；次亚磷酸铵：0.2％；

二甘醇丁醚：5％；对硝基苯甲醇：0.3％；

改性聚乙烯醇：10% ；二乙基亚膦酸酯：5%；

癸二酸铵：2.5％；壬二酸铵：1.5％； 1，6－十二双酸铵：10％。

进一步的，所述的阻燃宽温高压铝电解电容器用工作电解液，所包括如下重量比的组分：

乙二醇：54% ；次亚磷酸铵：0.2％；

γ－丁内酯：10% ；间硝基乙酰苯：0.8％；

改性聚乙烯醇：10％；二乙基亚膦酸酯：10%；

癸二酸铵：2.5％；壬二酸铵：2.5％； 1，7－癸二酸铵：10％。

乙二醇：62% ；次亚磷酸铵：0.2％；

乙二醇丁醚： 5% ；邻硝基苯甲醚：0.8％；

纳米二氧化硅分散剂：2％；二乙基亚膦酸酯：15%；

癸二酸铵：3.5％； 1，10－十二双酸铵：1.5％；

C16支链脂肪酸铵：10％。

乙二醇： 54.3% ；次亚磷酸铵：0.2％；

二甘醇甲醚：10% ；邻硝基苯甲醚：0.5％；

改性聚乙烯醇：10％；二乙基亚膦酸酯：10%；

纳米二氧化硅分散剂：2%；癸二酸铵：3％；

C24支链脂肪酸铵：10％。

本发明申请的另一个目的是提供上述阻燃宽温高压铝电解电容器工作电解液的制备方法，包括如下的步骤：

（1）将重量百分比为45%～80％的主溶剂与5～15％的辅助溶剂充分混合，加热到60～70℃时加入闪火电压提高剂，一边加入一边充分搅拌，继续升温到135～150℃，开通气阀，保持1～2小时；

（2）用冷却水强制降温到80～85℃，加入5～10%的溶质，搅拌混合均匀，继续升温至130～140℃，恒温0.5～1小时；

（3）用冷却水强制降温到90～95℃，加入氧化膜稳定剂和吸氢剂，再降温到60～80℃加入阻燃添加剂；

（4）配制好的电解液自然冷却到40℃以下待用。

本发明申请的再一个目的是要求保护上述的阻燃宽温高压铝电解电容器工作电解液在高压电解电容器的制备中的应用。

本发明申请所述电解液，具有以下的优点及积极效果：

1、该电解液使用了合适的溶剂组合，实现了－40～＋105℃的宽温性；

2、使用了带有支链的有机羧酸盐和长碳链的直链羧酸盐的复合溶质，既保证了稳定性又控制住了成本；

3、添加了合适的闪火电压提高剂、氧化膜稳定剂、吸氢剂，提高了电解液的闪火电压，又使铝电解电容器长期使用后特性参数不致劣化；

4、添加了阻燃添加剂，使铝电解电容打火后不易燃烧。

为了扩展电解液的温度范围，本发明充分利用了溶剂化效应，即质子化溶剂和非质子化溶剂的溶剂化作用和氢键结合力，降低了电解液初晶温度，使溶剂的温度范围达到了－40～＋105℃，比目前通常的高压－25～＋105℃扩宽了温度范围。使用了闪火电压提高剂和氧化膜稳定剂，保证电容器高耐压的同时，使铝电解电容器在长期使用后仍能保持较佳的性能，实现了长寿命。使用了吸氢剂，使得电容器在承受较大的纹波电流时，也保证不会鼓底、气胀。使用了阻燃添加剂，利用磷系阻燃剂的气相阻燃机理，有效抑制了铝电解电容器的燃烧性，提高了安全性。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明做进一步说明，目的是为了便于说明，而非对本发明技术方案的限制，凡以相同或近似的原理，对所述技术内容进行的改进，包括相应组分的增减和替换，以实现基本相同技术效果为目的，则都在本发明申请所要求保护的技术方案之内。

表-1为现有技术的电解液配方组成。

表-1 现有技术比较例

实施例一

所述电解液配方如下表所示：

表-2 本发明实施例一

实施例二

所述电解液配方如下表所示：

表-3 本发明实施例二

实施例三

所述电解液配方如下表所示：

表-4 本发明实施例三

实施例四

所述电解液配方如下表所示：

表-5 本发明实施例四

实施例五

其制备方法如下所述：

上述阻燃宽温高压铝电解电容器工作电解液的制备方法，包括如下的步骤：

（4）配制好的电解液自然冷却到40℃以下待用。

实施例六

以上各种配方组成的电解液的阻燃性比较，包括比较例与实施例1-4的比较，在此之前，先对电解电容器工作电解液阻燃性检测的方法进行描述：

所述的方法包括如下的步骤：

1.将火焰置于产品边缘位置，Snap-in产品保持10±0.5秒、引线式产品保持5±0.5秒；

2.撤离火焰（至少离样品150mm的地方），同时记录余火时间t₁；

3.停留60±5秒后，第二次燃烧测试Snap-in产品10±0.5秒、引线式产品5±0.5秒，撤离火焰（至少离样品150mm的地方），同时记录余火时间t₂及余辉时间t₃；

4.记录样品是否燃烧至固定夹的位置；

5.记录样品是否有燃烧着的粒子滴落并可以将棉花引燃；

6.根据测试结果对照附表五判定燃烧等级。

表-6 燃烧等级

按照上述的检测方法和检测标准，将本发明实施例一、二、三、四与现有技术的比较例作测试对比，并且每种电解液测试5只芯组，难燃性测试结果如下：

表-7 阻燃性比较

使用比较例与实施例电解液的配方制成铝电解电容器：400V330uF Ф30×50，在105℃下施加1.50A纹波电流，试验时间5000小时，试验结果见下表：

表-8 使用不同电解液的电容器的性能比较

由上表可见，采用比较例的电解液的电容器，负荷寿命试验后，1500小时后开阀均告失败；而采用本发明申请所述的电解液的电容器，在负荷寿命试验后，仍具有良好的性能。

Claims

1.一种阻燃宽温高压铝电解电容器用工作电解液，其特征在于，包括如下重量比的组分：

乙二醇：65.5％；次亚磷酸铵：0.2％；

二甘醇丁醚：5％；对硝基苯甲醇：0.3％；

改性聚乙烯醇：10％；二乙基亚膦酸酯：5％；

癸二酸铵：2.5％；壬二酸铵：1.5％；1，6－十二双酸铵：10％。

2.权利要求1所述的阻燃宽温高压铝电解电容器工作电解液在高压电解电容器的制备中的应用。