CN103337373B - 一种适用于交流电路的聚合物固体铝电解电容器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于交流电路的聚合物固体铝电解电容器的制造方法，其包括（1）、将阳极化成铝箔铆接上导针；（2）、取两片铆接有导针的阳极化成铝箔，在中间隔以电解纸，卷绕成芯包，电解纸由三层无纺布构成，上层和下层分别为涂纶纺粘无纺布；中间层为PET无纺布；（3）、将芯包浸入化成液中，同时对二个阳极化成铝箔进行化成修复处理；（4）、将芯包放入85~200℃的烘箱中去水；（5）、将芯包分别放入单体、氧化剂中进行含浸并加热聚合以形成聚合物电解质，装入铝壳，封口，得电容器。本发明方法工艺简单，生产效率高，生产成本较低，所得产品可应用于交流电路中，具有串联等效电阻低、耐高温、使用寿命长等优点。

Description

一种适用于交流电路的聚合物固体铝电解电容器的制造方法

技术领域

本发明涉及铝电解电容器技术领域，特别涉及一种适用于交流电路的聚合物固体铝电解电容器的制造方法。

背景技术

固体电解电容器相比较普通的液体电解电容器，其电性能很突出，具有等效串联电阻(ESR)低、耐纹波电流高、使用寿命长、性能稳定等优点。

现有的固体电解电容器包括铝壳、设置于铝壳内的芯包、设置在芯包顶部且与铝壳密封连接的胶盖、正极端子、负极端子。通常，芯包包括阳极化成铝箔、阴极箔、设置在所述阳极化成铝箔与所述阴极箔之间的电解纸以及聚合物电解质，所述正极端子和负极端子分别刺铆于阳极化成铝箔和阴极箔上。构成固体电解电容器的阳极化成箔通常是以纯度大于99.3％的铝箔，经过化学腐蚀，增大表面积后，更加需要采用一定的电压进行化成制成，因此，阳极化成箔都具有一定的化成电压，而阴极箔则没有化成电压或者化成电压极低，如此，现有的固体电解电容器均具有极性，而不能应用于交流电路中，这极大地限制了固态电容在交流电路中的使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可适用于交流电路的固体电解质铝电解质电容器的制造方法。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种适用于交流电路的聚合物固体铝电解电容器的制造方法，电容器包括铝壳、设置于铝壳内的芯包、设置在芯包顶部且与铝壳密封连接的胶盖、第一连接端子、第二连接端子，特别是，芯包包括第一阳极化成铝箔、第二阳极化成铝箔以及设置在第一阳极化成铝箔与第二阳极化成铝箔之间的电解纸以及聚合物电解质，第一阳极化成铝箔、第二阳极化成铝箔分别与第一连接端子和第二连接端子相铆接，所述制造方法包括如下步骤：

(1)、将阳极化成铝箔铆接上导针；

(2)、取两片铆接有导针的阳极化成铝箔，在中间隔以电解纸，卷绕成芯包，并用胶带固定，其中，电解纸由三层无纺布构成，其中上层和下层分别为厚度10～30μm的涤纶纺粘无纺布；中间层为厚度10～40μm的PET无纺布，构成所述涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成所述PET无纺布的PET纤维的平均直径为0.5～2.0μm；

(3)、将芯包浸入化成液中，同时对二个阳极化成铝箔进行化成修复处理，处理时间为30～100分钟，化成液为选自己二酸铵、磷酸、磷酸二氢铵、磷酯二氢铵、硼酸、五硼酸铵中的一种或多种的组合的水溶液，化成修复处理仅进行一次；

(4)、将化成修复处理后的芯包放入温度为85～200℃的烘箱中进行去水；

(5)、将芯包分别放入单体、氧化剂中进行含浸并加热聚合以形成聚合物电解质，装入铝壳，封口，得电容器，其中对氧化剂的含浸方法是先进行0.1～10分钟的常压含浸，再进行0.1～10分钟的真空含浸，再进行0.1～10分钟的常压含浸，其中，所述常压含浸是指将内为常压的芯包直接浸渍于氧化剂中，所述真空含浸是指先将芯包内部抽真空至真空度为70～100KPa，然后再浸渍于氧化剂中；

(6)、老化处理和测试分选：先向电容器的一极分别施以额定电压的0.5倍、1倍、1.2倍的电压进行老化处理，然后再向电容器的另一极分别施以额定电压的0.5倍、1倍、1.2倍的电压进行老化处理。

优选地，所述的芯包还包括设置在阴极箔外侧的电解纸。

优选地，所述的胶盖选用耐高温材料，例如可以为硫化丁基橡胶或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。

优选地，所述铝壳的外壁上覆设有厚度为5μm～50μm的绝缘层或者包覆有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚乙烯(PE)材质的胶管。所述绝缘层的材质可以为例如涤纶、环氧树脂或聚乙烯(PE)树脂。

优选地，所述的第一阳极化成铝箔与第二阳极化成铝箔之间以及电解纸中充满了所述聚合物电解质。或者说，所述聚合物电解质存在于所述的第一阳极化成铝箔与第二阳极化成铝箔之间以及存在于电解纸上和内。

根据本发明的一个具体方面：步骤(3)中，将芯包上的两个导针焊接在铁条上，并使化成液刚好淹没芯包，施加的化成电压为阳极化成铝箔的耐受电压Vf-10V～阳极化成铝箔的耐受电压Vf+10V。优选地，步骤(3)中，施加的化成电压为阳极化成铝箔的耐受电压Vf-5V～阳极化成铝箔的耐受电压Vf+5V。更优选地，施加的化成电压为阳极化成铝箔的耐受电压Vf。

优选地，步骤(3)中，化成修复处理的时间为30～50分钟。

进一步地，步骤(5)中，进行单体含浸时，使至少1/3高度的芯包处于浸渍液面之下，单体含浸时间为0.1～10分钟。更优选地，使至少1/2高度的芯包处于浸渍液面之下。还更优选地，使至少2/3高度的芯包处于浸渍液面之下。

一般地，步骤(5)中，进行氧化剂含浸时，使至少1/3高度的芯包处于浸渍液面之下，优选地，使至少1/2高度的芯包处于浸渍液面之下。更优选地，使至少2/3高度的芯包处于浸渍液面之下。

优选地，步骤(5)中，所述加热聚合采取两段式聚合方式：首先在温度20℃～60℃下进行低温聚合，低温聚合时间为2～24小时；然后在温度120℃～250℃下进行高温聚合，聚合时间为0.5～4小时。更优选地，所述低温聚合的温度为40℃～60℃；所述高温聚合的温度为140～180℃。

优选地，步骤(6)中，所述的老化处理的温度为85℃～150℃，老化时间为30～150分钟。

根据本发明的制造方法适合于全尺寸的电容。作为本发明的一个优选方面，电容器是直径为13mm以下，高度为15mm以下的产品。更优选地，电容器是直径为10mm以下，高度为13mm以下的产品。

由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

根据本发明方法所得固体电容器为双极性铝电解电容器，可应用于交流电路中，具有串联等效电阻低、耐高温、使用寿命长等优点；此外，本发明方法采用的电解纸的成分为涤纶纤维和PET纤维，采取该电解纸制成的芯包，无需碳化处理，且只需进行一次化成修复处理即可。此外，该电解纸具有强度好，透气性好，透液性好的特点，有利于氧化剂与单体的吸收与含浸。按照本发明方法所获得的电容器产品一致性好，寿命长，且耐高温性能较好。此外，本发明方法的工艺简单，生产效率高和生产成本较低。

附图说明

图1为根据本发明的固体电解铝电容器的结构示意图；

图2为图1中芯包的结构示意图；

图3为图2中电解纸的结构示意图；

其中：1、第一连接端子；2、第二连接端子；3、胶盖；4、铝壳；5、芯包；50、第一阳极化成铝箔；51、第二阳极化成铝箔；52、电解纸；52a、上层；52b、下层；52c、中层；6、绝缘层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参阅图1至图3，本实施例提供一种适用于交流电路的聚合物固体铝电解电容器，其包括第一连接端子1、第二连接端子2、胶盖3、铝壳4以及芯包5。芯包5由第一阳极化成铝箔50、第二阳极化成铝箔51、电解纸52以及聚合物电解质构成。第一阳极化成铝箔50的上端铆接第一连接端子1，第二阳极化成铝箔51的上端铆接第二连接端子2。电解纸52进一步由三层无纺布复合而成，其中上层52a和下层52b分别为厚度约20μm的涤纶纺粘无纺布；中间层52c为厚度25μm的PET无纺布，构成涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成PET无纺布的PET纤维的平均直径为0.5～2.0μm。该电解纸具有强度好，透气性好，透液性好的特点，有利于氧化剂与单体的吸收与含浸。采取该电解纸制成的芯包，无需碳化处理，且只需进行一次化成修复处理即可。此外，在铝壳4的外壁上覆设有厚度为25μm左右的材质为环氧树脂的绝缘层6。

本实施例的聚合物固体铝电解电容器可通过如下步骤制备：

(1)、将阳极化成铝箔铆接上导针；

(2)、取两片铆接有导针的阳极化成铝箔，在中间隔以电解纸，卷绕成芯包，并用胶带固定；

(3)、将芯包浸入化成液中，同时对二个阳极化成铝箔进行化成修复处理，处理时间为30～100分钟，化成液为选自己二酸铵、磷酸、磷酸二氢铵、磷酯二氢铵、硼酸、五硼酸铵中的一种或多种的组合的水溶液，化成修复处理仅进行一次；

(4)、将化成修复处理后的芯包放入温度为85～200℃的烘箱中进行去水，其中优选温度为100～150℃；

(5)、将芯包分别放入单体、氧化剂中进行含浸并加热聚合以形成聚合物电解质，装入铝壳，封口，得电容器，其中对氧化剂的含浸方法是先进行0.1～10分钟的常压含浸，再进行0.1～10分钟的真空含浸，再进行0.1～10分钟的常压含浸；

(6)、老化处理和测试分选：先向电容器的一极分别施以额定电压的0.5倍、1倍、1.2倍的电压进行老化处理，然后再向电容器的另一极分别施以额定电压的0.5倍、1倍、1.2倍的电压进行老化处理。

实施例2

本实施例提供一种4V220μF 8*8mm壳号电容器产品的制造方法，该电容器产品的结构同实施例1，所述方法具体包括如下步骤：

(1)、采用化成电压为7.7V的阳极化成铝箔，在阳极化成铝箔铆接上导针；

(2)、取两片铆接有导针的阳极化成铝箔，在中间隔以实施例1所描述的电解纸，卷绕成理论容量为330μF的芯包，并用胶带固定；

(3)、将芯包的两个导针焊接在铁条上，浸入化成液中，使化成液刚好淹没芯包，施加7.7V的化成电压，同时对二个阳极化成铝箔进行化成修复处理，处理时间为40分钟；

(4)、将化成修复处理后的芯包放入温度为125℃的烘箱中进行去水；

(5)、将芯包分别放入单体中进行含浸，含浸时，使芯包的全部处于含浸液面以下，含浸时间为2分钟，完毕后，去溶剂；

(6)、将芯包放入氧化剂中进行含浸，含浸时，使芯包的至少2/3处于含浸液面以下，含浸方法是先将内部为常压的芯包含浸于氧化剂中2分钟，再脱离氧化剂，抽真空至真空度90KPa以下，将芯包含浸于氧化剂中保持2分钟，时间到后放气于常压，再在常压下含浸2分钟，时间到完成含浸。

(7)、对含浸好的芯包进行两段式聚合：

首先，低温聚合，聚合温度50℃±10℃，聚合时间200±10分钟；

其次，高温聚合，聚合温度150℃±10℃，聚合时间100±10分钟；

(8)、将芯包装入尺寸为8*8.3mm的铝壳，用7.6*2.0mm橡胶帽进行封口，得电容器；

(9)、分段式老化处理和分选测试：

分别对电容器的二极进行老化处理：以2V电压施加20分钟，再以4V电压施加20分钟，最后以4.8V电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10PCS进行测试。结果参见表1。

表1

实施例3

本实施例提供一种6.3V470μF 8*12mm壳号电容器产品的制造方法，该电容器产品的结构同实施例1，所述方法具体包括如下步骤：

(1)、采用化成电压为11V的阳极化成铝箔，在阳极化成铝箔铆接上导针；

(2)、取两片铆接有导针的阳极化成铝箔，在中间隔隔以实施例1所描述的电解纸，卷绕成理论容量为660μF的芯包，并用胶带固定；

(3)、将芯包的两个导针焊接在铁条上，浸入化成液中，使化成液刚好淹没芯包，施加11V的化成电压，同时对二个阳极化成铝箔进行化成修复处理，处理时间为40分钟；

(4)、将化成修复处理后的芯包放入温度为125℃的烘箱中进行去水；

(5)、将芯包分别放入单体中进行含浸，含浸时，使芯包的至少2/3处于含浸液面以下，含浸时间为2分钟，完毕后，去溶剂；

(6)、将芯包放入氧化剂中进行含浸，含浸时，使芯包的全部处于含浸液面以下，含浸方法是先将内部为常压的芯包含浸于氧化剂中2分钟，再脱离氧化剂，抽真空至真空度90KPa以下，再将芯包含浸于氧化剂中保持2分钟，时间到后放气于常压，再在常压下含浸2分钟，时间到完成含浸。

(7)、对含浸好的芯包进行两段式聚合：

首先，低温聚合，聚合温度50℃±10℃，聚合时间200±10分钟；

其次，高温聚合，聚合温度150℃±10℃，聚合时间100±10分钟；

(8)、将芯包装入尺寸为8*12.3mm的铝壳，用7.6*3.0mm橡胶帽进行封口，得电容器；

(9)、分段式老化处理和分选测试：

分别对电容器的二极进行老化处理：以3V电压施加20分钟，再以6.3V电压施加20分钟，最后以7.6V电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10PCS进行测试。结果参见表2。

表2

实施例4

本实施例提供一种16V220μF 10*12mm壳号电容器产品的制造方法，该电容器产品的结构同实施例1，所述方法具体包括如下步骤：

(1)、采用化成电压为32V的阳极化成铝箔，在阳极化成铝箔铆接上导针；

(2)、取两片铆接有导针的阳极化成铝箔，在中间隔以实施例1所描述的电解纸，卷绕成理论容量为275μF的芯包，并用胶带固定；

(3)、将芯包的两个导针焊接在铁条上，浸入化成液中，使化成液刚好淹没芯包，施加32V的化成电压，同时对二个阳极化成铝箔进行化成修复处理，处理时间为40分钟；

(4)、将化成修复处理后的芯包放入温度为100～120℃的烘箱中进行去水；

(5)、将芯包分别放入单体中进行含浸，含浸时，使芯包的至少2/3处于含浸液面以下，含浸时间为3分钟，完毕后，去溶剂；

(6)、将芯包放入氧化剂中进行含浸，含浸时，使芯包的全部处于含浸液面以下，含浸方法是先将内部为常压的芯包含浸于氧化剂中2分钟，再脱离氧化剂，抽真空至真空度90KPa以下，再将芯包浸于氧化剂中保持2分钟，时间到后放气于常压，再在常压下含浸2分钟，时间到完成含浸。

(7)、对含浸好的芯包进行两段式聚合：

首先，低温聚合，聚合温度50℃±10℃，聚合时间200±10分钟；

其次，高温聚合，聚合温度150℃±10℃，聚合时间100±10分钟；

(8)、将芯包装入尺寸为10*12.3mm的铝壳，用9.6*3.0mm橡胶帽进行封口，得电容器；

(9)、分段式老化处理和分选测试：

分别对电容器的二极进行老化处理：以8V电压施加20分钟，再以16V电压施加20分钟，最后以19.2V电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10PCS进行测试。结果参见表3。

表3

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于交流电路的聚合物固体铝电解电容器的制造方法，电容器包括铝壳、设置于所述铝壳内的芯包、设置在所述芯包顶部且与所述铝壳密封连接的胶盖、第一连接端子、第二连接端子，其特征在于：所述的芯包包括第一阳极化成铝箔、第二阳极化成铝箔以及设置在所述第一阳极化成铝箔与第二阳极化成铝箔之间的电解纸以及聚合物电解质，所述第一阳极化成铝箔、第二阳极化成铝箔分别与所述第一连接端子和第二连接端子相铆接，所述的制造方法包括如下步骤：

(1)、将阳极化成铝箔铆接上导针；

(2)、取两片铆接有导针的阳极化成铝箔，在中间隔以电解纸，卷绕成芯包，并用胶带固定，其中，所述的电解纸由三层无纺布构成，其中上层和下层分别为厚度10～30μm的涤纶纺粘无纺布；中间层为厚度10～40μm的PET无纺布，构成所述涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成所述PET无纺布的PET纤维的平均直径为0.5～2.0μm；

(3)、将芯包浸入化成液中，同时对二个阳极化成铝箔进行化成修复处理，处理时间为30～100分钟，化成液为选自己二酸铵、磷酸、磷酸二氢铵、磷酯二氢铵、硼酸、五硼酸铵中的一种或多种的组合的水溶液，化成修复处理仅进行一次；

(4)、将化成修复处理后的芯包放入温度为85～200℃的烘箱中进行去水；

(5)、将芯包分别放入单体、氧化剂中进行含浸并加热聚合以形成聚合物电解质，装入铝壳，封口，得电容器，其中对氧化剂的含浸方法是先进行0.1～10分钟的常压含浸，再进行0.1～10分钟的真空含浸，再进行0.1～10分钟的常压含浸，其中，所述常压含浸是指将内为常压的芯包直接浸渍于氧化剂中，所述真空含浸是指先将芯包内部抽真空至真空度为70～100KPa，然后再浸渍于氧化剂中；

(6)、老化处理和测试分选：先向电容器的一极分别施以额定电压的0.5倍、1倍、1.2倍的电压进行老化处理，然后再向电容器的另一极分别施以额定电压的0.5倍、1倍、1.2倍的电压进行老化处理。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，将芯包上的两个导针焊接在铁条上，并使化成液刚好淹没芯包，施加的化成电压为阳极化成铝箔的耐受电压Vf-10V～阳极化成铝箔的耐受电压Vf+10V。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，施加的化成电压为阳极化成铝箔的耐受电压Vf-5V～阳极化成铝箔的耐受电压Vf+5V。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，施加的化成电压为阳极化成铝箔的耐受电压Vf。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，所述化成修复处理的时间为30～50分钟。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(5)中，进行单体含浸时，使至少1/3高度的芯包处于浸渍液面之下，单体含浸时间为0.1～10分钟。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(5)中，进行氧化剂含浸时，使至少1/3高度的芯包处于浸渍液面之下。

8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(5)中，所述加热聚合采取两段式聚合方式：首先在温度20℃～60℃下进行低温聚合，低温聚合时间为2～24小时；然后在温度120℃～250℃下进行高温聚合，聚合时间为0.5～4小时。

9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(6)中，所述老化处理的温度为85℃～150℃，老化时间为30～150分钟，老化处理后，进行测试分选。

10.根据权利要求1至9中任一项权利要求所述的制造方法，其特征在于：所述的电容器的直径为13mm以下，高度为15mm以下。