CN102842430A - 铝电解电容器电解液与铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种热稳定性优异的铝电解电容器电解液。同时，本发明还提供使用上述电解液制备的铝电解电容器。包括以下组分：有机溶剂；2-己基己二酸铵或2-己基己二酸与其铵盐的组合。本发明提供的电解液具有更好的热稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电化学领域，具体涉及铝电解电容器电解液与铝电解电容器。
背景技术
电容器是一种储能元件，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。铝电解电容器的特点是容量大，但是漏电大，误差大，稳定性差，常用作交流旁路和滤波，在要求不高时也用于信号耦合。铝电解电容器的典型结构是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极。它的芯子是由阳极铝箔、浸有电解液的衬垫纸、阴极铝箔、天然氧化膜等重叠卷绕而成的，芯子含浸电解液后用铝壳和胶盖密闭起来就构成一个电解电容器。其中，铝电解电容器电解液经历了以下的发展历程：
（1）硼酸+乙二醇体系：该体系为铝电解电容器早期使用的电解液．这样的电解液中的乙二醇和硼酸之间由于醋化反应生成大量的缩合水、造成电解液系统内部的水分含量升高、其结果在超过100℃的使用温度条件下使用该电解液时，电解液中的水将变成水蒸气而蒸发，随之电解电容的组件内压升高，难免产生所谓的破坏问题，该体系无法应用在高温环境，现已基本被淘汰。
（2）直链羧酸盐+乙二醇体系：采用含有壬二酸、癸二酸、十二烷二酸等直链型饱和二羧酸或其盐作为电解质的电解液，这是目前国内广泛使用的体系，但直链羧酸盐在低温下有结晶析出的现象，影响了电容器的低温性能，并且直链羧酸盐体系的电导率变化大，电容器损耗变化大，这些问题都制约着电容器性能的进一步提高。
（3）支链羧酸盐+乙二醇体系：国外厂商多使用支链羧酸盐作为主电解质。相对比于直链羧酸，支链羧酸中侧链基团的引入，使其在高温条件下抑制酯化的能力加强，从而提高了高温稳定性：而且由于侧链上基团的空间位阻作用以及烷氧基团的极化作用，使其在乙二醇中的溶解度增加，从而改善其低温性能，支链羧酸盐的溶解度和热稳定性均优于直链羧酸盐，能制造出性能更优异的电容器产品。
中国专利申请201110100364.3公布号CN102254690A，其公开了一种驱动用高压工作电解液，其采用乙二醇为溶媒，以2,2,4-三甲基己二酸与2,4,4-三甲基己二酸的混合酸及其盐为主电解质，添加各种添加剂配置成电解液。使用该电解液，闪火电压为380-410V，耐高温高长寿，125℃寿命试验2000h以上。但是，该电解液闪火电压不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高闪火电压，热稳定性优异的铝电解电容器电解液。同时，本发明还提供使用上述电解液制备的铝电解电容器。
为实现上述第一个发明目的本发明一种铝电解电容器电解液，其特征在于，包括以下组分：
有机溶剂；
2-己基己二酸铵或2-己基己二酸与其铵盐的组合；
上述成分在电解液中的总含量折合成2-己基己二酸计为铝电解电容器电解液总质量的1～30%；若添加量少于铝电解电容器电解液总质量的1%，则起不到提高闪火电压及热稳定性的作用；若浓度超过铝电解电容器电解液总质量的30%，则低温下的电解电容器的特性下降。
本发明中所述电解液中可以包含2-己基己二酸的铵盐，还可以同时包含2-己基己二酸与其铵盐，为统一并方便不同配方下，各组分的含量比例，在本发明中2-己基己二酸铵的含量在计算时折合成等物质的量的2-己基己二酸来计算质量百分比。
电解液中可以含以下组分之一或其组合：
组分a：8-11个碳原子的二元羧酸的铵盐，或该羧酸与其铵盐的组合，
组分b：含4-7个碳原子的单羧酸的铵盐，或该羧酸与其铵盐的组合，
组分c：硼酸的铵盐，或硼酸与其铵盐的组合。按同样的含量计量方法，上述组分a、b、c或其组合的总含量按其所对应的等物质的量的羧酸或硼酸的含量计，为铝电解电容器电解液总质量的1～5%。
作为本发明的优选方案，所述2-己基己二酸或其铵盐的含量折合成2-己基己二酸计为铝电解电容器电解液总质量的2.5～10%。
作为本发明的优选方案，所述铝电解电容器电解液还含有消氢剂。
作为本发明的更优选方案，所述消氢剂选自对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醇、间硝基乙酰苯、邻硝基苯甲醚中的一种或多种。由于这些化合物中的硝基具有还原性，因此能够起吸收氢气的作用。
更进一步地，所述消氢剂的含量为铝电解电容器电解液总质量的0.1-5%。进一步优选为0.1～0.5%。
作为本发明的优选方案，所述铝电解电容器电解液还含有抑制漏电流和提升化成性能的添加剂。
作为本发明的更优选方案，所述抑制漏电流和提升化成性能的添加剂选自以下化合物的一种或多种：磷酸、亚磷酸、次亚磷酸、磷酸单酯及前述化合物的铵盐（也就是说，在电解液中可以含有上述酸或单酯化合物，也可以含有上述酸或单酯化合物的铵盐，还可以同时含有上述酸或单酯化合物及其铵盐）。当这些化合物吸附在电极箔上时，可以在不损害电容器性能的条件下抑制电极箔与水的反应。
更进一步地，所述抑制漏电流和提升化成性能的添加剂的含量折合成其所对应的等物质的量的酸或单酯计为铝电解电容器电解液总质量的0.1-1.0%。。
作为本发明的优选方案，含8-11个碳原子的直链二元羧酸选自辛二酸铵、壬二酸铵、葵二酸铵、十二双酸铵中的一种或多种。
作为本发明的优选方案，所述有机溶剂为乙二醇或γ丁内酯。
此外，本发明还提供一种铝电解电容器，所述铝电解电容器中的电解液采用本发明所述的铝电解电容器电解液。
本发明提供的电解液具有更高的闪火电压和更好的热稳定性，而且，本发明所述的2-己基己二酸及其铵盐在乙二醇中有更好的溶解性，含有该电解液的铝电解电容器具有耐电压高，电容器寿命长的优点。2-己基己二酸及其铵盐，含8-11个碳原子的二元羧酸铵盐，或含4-7个碳原子的单羧酸铵盐二者起协同作用，更进一步的提升电解液的电容器特性。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
实施例1
将2-己基己二酸与其铵盐（5%，即占电解液总重量的5%，下面各实施例涉及类似表述的就不再累述）溶于乙二醇形成溶液，再依次加入对硝基苯甲酸（0.2%）及次亚磷酸（0.2%），密封于不锈钢瓶中，在105℃下恒温。
实施例2
将2-己基己二酸与其铵盐（2.5%）溶于乙二醇形成溶液，再依次加入癸二酸铵（2.5%）和对硝基苯甲醇（0.1%）及次亚磷酸（0.1%），密封于不锈钢瓶中，在105℃下恒温。
实施例3
将2-己基己二酸与其铵盐（4%）溶于乙二醇形成溶液，再依次加入壬二酸氢铵（1%）和间硝基乙酰苯（0.5%）及次亚磷酸（0.1%），密封于不锈钢瓶中，在105℃下恒温。
实施例4
将2-己基己二酸与其铵盐（3%）溶于乙二醇形成溶液，再依次加入十二双酸铵（2%）和邻硝基苯甲醚（0.3%）及磷酸单酯（0.1%），密封于不锈钢瓶中，在105℃下恒温。
实施例5
将2-己基己二酸与其铵盐（3%）溶于乙二醇形成溶液，再依次加入己酸铵（4%）和邻硝基苯甲醚（0.3%）及次亚磷酸（0.1%），密封于不锈钢瓶中，在105℃下恒温。
实施例6
将2-己基己二酸与其铵盐（3%）溶于乙二醇形成溶液，再依次加入庚酸铵（4%）和邻硝基苯甲醚（0.3%）及磷酸单酯（0.1%），密封于不锈钢瓶中，在105℃下恒温。
实施例7
将2-己基己二酸与其铵盐（1%）溶于乙二醇形成溶液，再依次加入辛二酸铵（5%），对硝基苯甲醇（2%）及磷酸（0.3%），密封于不锈钢瓶中，在105℃下恒温。
实施例8
将2-己基己二酸与其铵盐（30%）溶于乙二醇形成溶液，再依次加入癸二酸氢铵（1%），对硝基苯甲醇（5%）及亚磷酸铵（0.5%），密封于不锈钢瓶中，在105℃下恒温。
对比例1
将葵二酸铵（5%）溶于乙二醇形成溶液，再加入次亚磷酸铵（0.2%）和对硝基苯甲酸（0.2%），密封在不锈钢瓶内，在105℃下恒温。
对比例2
将十二双酸铵（5%）溶于乙二醇形成溶液，再加入邻硝基苯甲醚（0.3%）及磷酸单丁酯（0.1%）密封在不锈钢瓶内，在105℃下恒温。
对比例3
将己酸铵（4%）溶于乙二醇形成溶液，再加入十二双酸铵（4%）和邻硝基苯甲醚（0.3%）及次亚磷酸铵（0.1%）密封在不锈钢瓶内，在105℃下恒温。
将上述各实施例与对比例按照惯常的技术手段进行各项指标测试，所得结果如表1与表2：
表1：
*表中溶质1中2-己基己二酸与其铵盐的含量计算为二者按物质的量折合成等量的2-己基己二酸然后计算其在电解液中的质量百分比。溶质2与添加剂2的含量计算方式雷同，在此不在累述。
表2：
| 实施例 | Oh | 2000h | 变化率(2000h后与0h对比) |
| 实施例1 | 1800 | 1010 | 44％ |
| 实施例2 | 1830 | 770 | 58％ |
| 实施例3 | 1750 | 933 | 49％ |
| 实施例4 | 1710 | 790 | 54％ |
| 实施例5 | 1900 | 893 | 53％ |
| 实施例6 | 1850 | 890 | 52％ |
| 实施例7 | 1700 | 833 | 51％ |
| 实施例8 | 1899 | 911 | 52％ |
| 对比例1 | 1820 | 473 | 74％ |
| 对比例2 | 1680 | 487 | 71％ |
| 对比例4 | 1860 | 521 | 72％ |
从上述两表可以看出，本发明中使用2-己基己二酸与其铵盐作为主溶质的铝电解电容器电解液，在电导率及电导率保持率等指标上与现有的电解液相比具有较大的提升。
将本发明实施例1～8和对比例1～3所对应的电解液分别制成400V，10μF的铝电解电容器，经过105℃高温寿命试验后，得到如表3所示数据。
表3
从上表可以看出，实施例1～8和对比例1～3制作的电容器初始值相差不大，经过105℃，2000h寿命试验后，对比例1～3所对应的电容器DF值上升很大，而实施例1～8所对应的电容器则有着较好的热稳定性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。
Claims (11)
1.一种铝电解电容器电解液，其特征在于，包括以下组分：
有机溶剂；
2-己基己二酸铵或2-己基己二酸与其铵盐的组合，所述2-己基己二酸铵或2-己基己二酸与其铵盐组合的含量折合成2-己基己二酸计为铝电解电容器电解液总质量的1～30%。
2.根据权利要求1所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，所述铝电解电容器电解液还包括下列酸所对应的铵盐或下列酸与其铵盐的组合：含8-11个碳原子的二元羧酸，或含4-7个碳原子的单羧酸，或硼酸，
上述组分的总含量折合成所对应的酸计为铝电解电容器电解液总质量的1～5%。
3.根据权利要求2所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，所述2-己基己二酸铵或2-己基己二酸与其铵盐的组合的含量折合成2-己基己二酸计为铝电解电容器电解液总质量的2.5～5%。
4.根据权利要求3所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，所述铝电解电容器电解液还含有消氢剂。
5.根据权利要求4所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，所述消氢剂选自对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醇、间硝基乙酰苯、邻硝基苯甲醚中的一种或多种，所述消氢剂的含量为铝电解电容器电解液总质量的0.1-5%。
6.根据权利要求5所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，所述消氢剂的含量为铝电解电容器电解液总质量的0.1-0.5%。
7.根据权利要求2所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，所述铝电解电容器电解液还含有抑制漏电流和提升化成性能的添加剂。
8.根据权利要求7所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，所述抑制漏电流和提升化成性能的添加剂选自以下化合物的一种或多种：磷酸、亚磷酸、次亚磷酸、磷酸单酯或前述化合物的铵盐，所述抑制漏电流和提升化成性能的添加剂的含量折合成其所对应的酸或单酯计为铝电解电容器电解液总质量的0.1-0.5%。
9.根据权利要求2至8任意一项所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，含8-11个碳原子的二元羧酸选自辛二酸铵、壬二酸铵、葵二酸铵、十二双酸铵中的一种或多种。
10.根据权利要求2至8任意一项所述的铝电解电容器电解液，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇或γ丁内酯。
11.一种铝电解电容器，其特征在于，所述铝电解电容器中的电解液为权利要求1至10任意一项所述的铝电解电容器电解液。
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