CN103632850A - 高闪火电压无硼系工作电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高闪火电压无硼系工作电解液及其制备方法，该电解液按重量百分比计，包括以下组份：溶剂50～80%，修补剂2～40%，钝化剂0.1～1%，闪火电压提升剂1～15%，消氢剂0.2～5%。本发明的制备方法包括：S1、称重；S2、将溶剂、修补剂和闪火电压提升剂加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶，停止加热，继续搅拌，降温至110℃；S3、将钝化剂和消氢剂，依次加入S2中的降温至110℃的溶液中，以110℃恒温50～70分钟；S4、放置冷却至室温，得电解液。其有益效果：电解液中不含硼酸或硼酸盐；电解液的闪火电压较高，高闪火电压利于电解液的安全性和稳定性；使用寿命较长。
Description
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，更具体地说，涉及一种用于中高压铝电解电容器的高闪火电压无硼系工作电解液及其制备方法。
背景技术
中高压铝电解电容器广泛应用一般电子线路中，其主要用途是储能、滤波、耦合、振荡、移相、降压、积分、记忆等。中高压电解电容器工作电解液作为电解电容器的实际负极，在电解电容器产品中占据着极其重要的地位，它影响着产品能否长期正常工作，并且具有优化电容器电气性能的作用。
传统的中高压铝电解电容器用工作电解液是硼酸或硼酸盐加乙二醇体系，其中，硼酸或硼酸盐往往在中高压铝电解电容器用工作电解液中起到至关重要的作用。由于硼酸或硼酸盐和乙二醇会发生酯化反应，反应后会产生少量水。水少量存在于电解液中有助于电容器电极箔氧化膜的修复，少量水的存在也有利于工作电解液中溶质的溶解，有利于工作电解液电导率的提高；同时硼酸或硼酸盐还会与二甘醇或聚乙二醇或聚乙烯醇发生酯化反应，反应后会使工作电解液的闪火电压大幅提高，高闪火电压的工作电解液有利于中高压铝电解电容器产品的安全性和稳定性。
考虑到环保因素及电子线路的安全性，一些国家逐渐禁止在中高压铝电解电容器中使用硼及其盐类物质，例如欧盟化学品管理局公布的高关注物质（SVHC）列表中硼及其盐类物质都被列入禁用物质中。
由于硼酸或硼酸盐往往在中高压铝电解电容器用工作电解液中起到至关重要的作用，而禁用硼酸或硼酸盐，会降低中高压铝电解电容器用工作电解液的性能，因此需要一种既不用硼酸或硼酸盐，又不会降低中高压铝电解电容器用工作电解液性能的新型电解液。同时，现有技术的中高压铝电解电容器用工 作电解液，还存在闪火电压较低、使用寿命较短的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷：禁用硼酸或硼酸盐会降低中高压铝电解电容器用工作电解液的性能、现有技术的中高压铝电解电容器用工作电解液的闪火电压较低、使用寿命较短，提供一种高闪火电压无硼系工作电解液及其制备方法。本发明的高闪火电压无硼系工作电解液适用于中高压铝电解电容器，该电解液中无硼酸或硼酸盐，使用寿命长，其性能达到甚至超过现有技术中含硼酸或硼酸盐的电解液，特别是该电解液的闪火电压大幅提高，而高闪火电压的工作电解液有利于中高压铝电解电容器产品的安全性和稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高闪火电压无硼系工作电解液，按重量百分比计，包括以下组份：
在本发明所述的高闪火电压无硼系工作电解液中，所述溶剂为乙二醇。乙二醇为工作电解液的基础溶剂。
在本发明所述的高闪火电压无硼系工作电解液中，所述修补剂为有机羧酸铵。
在本发明所述的高闪火电压无硼系工作电解液中，所述有机羧酸铵为己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、1，7-癸二酸铵、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵、1，12-十八双酸铵中的至少一种。
在本发明所述的高闪火电压无硼系工作电解液中，所述钝化剂为次亚磷酸铵。钝化剂主要修补电极箔上氧化膜外层的磷化膜，而达到抑制水合的作用，磷化膜的完整存在使得铝氧化膜对水化反应不敏感，从而保护铝介质氧化膜。
同时，修补剂和钝化剂还具有以下作用：在中高压铝电解电容器老化和工作时主要修补电极箔上的氧化膜，氧化膜的完整存在提高了中高压铝电解电容器的电气特性和产品的寿命特性。
在本发明所述的高闪火电压无硼系工作电解液中，所述闪火电压提升剂为二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚、聚山梨糖醇醚中的至少一种。闪火电压提升剂能有效提高本发明的电解液的闪火电压，使本发明的电解液成为一种安全、稳定、长寿命的中高压铝电解电容器用工作电解液。
在本发明所述的高闪火电压无硼系工作电解液中，所述消氢剂为对硝基苯甲醇。在中高压铝电解电容器老化和工作过程中需要不断修补电极箔上的氧化膜缺陷，修补氧化膜缺陷就会产生氢气，氢气的产生会使电解电容器内压升高，严重时电解电容器会爆炸，而消氢剂就是在这一过程中起到吸收氢的作用。
传统的中高压铝电解电容器用工作电解液，是靠硼酸或硼酸盐与二甘醇或聚乙二醇或聚乙烯醇进行酯化反应来提高工作电解液的闪火电压，而本发明的高闪火电压无硼系工作电解液不使用硼酸或硼酸盐，因此没有办法使用传统的闪火电压提升剂，也不能使用传统的方法。本发明是在乙二醇+有机羧酸铵体系的基础上再添加1%~10%的新型的闪火电压提升剂组合而成，该新型的闪火电压提升剂是二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚、聚山梨糖醇醚中的至少一种。新型的闪火电压提升剂有效提高了本发明的电解液的闪火电压，使乙二醇+有机羧酸铵无硼体系能成为一种安全、稳定、长寿命的中高压铝电解电容器用工作电解液。
本发明还提供一种高闪火电压无硼系工作电解液的制备方法，包括以下步骤：
S1、称重：称量溶剂、修补剂、钝化剂、闪火电压提升剂和消氢剂；
S2、第一次溶解：将S1中称重后的溶剂、修补剂和闪火电压提升剂加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃；
S3、第二次溶解：将S1中称重后的钝化剂和消氢剂，依次加入S2中的降温至110℃的溶液中，以110℃恒温50～70分钟；
S4、冷却：放置冷却至室温，得电解液。
在本发明所述的高闪火电压无硼系工作电解液的制备方法中，所述步骤S3中，加入钝化剂和消氢剂后，以110℃恒温60分钟。
在本发明所述的高闪火电压无硼系工作电解液的制备方法中，
所述溶剂为乙二醇；
所述修补剂为有机羧酸铵，所述有机羧酸铵为己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、1，7-癸二酸铵、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵、1，12-十八双酸铵中的至少一种；
所述钝化剂为次亚磷酸铵；
所述闪火电压提升剂为二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚、聚山梨糖醇醚中的至少一种；
所述消氢剂为对硝基苯甲醇。
实施本发明的高闪火电压无硼系工作电解液及其制备方法，具有以下有益效果：在完全不使用硼及其盐的前提下，制得高闪火电压无硼系工作电解液，该电解液具有较高的闪火电压及其修补铝箔氧化膜的能力；该电解液性能稳定、品质可靠，寿命比使用含硼及其盐的传统工作电解液要长，明显提升了铝电解电容器的使用性能。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现以具体实施方式说明本发明。
本发明的高闪火电压无硼系工作电解液，按重量百分比计，包括以下组份：
溶剂为乙二醇。乙二醇为工作电解液的基础溶剂。
修补剂为有机羧酸铵。有机羧酸铵为己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、 癸二酸铵、十二双酸铵、1，7-癸二酸铵、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵、1，12-十八双酸铵中的至少一种。修补剂和钝化剂具有以下作用：在中高压铝电解电容器老化和工作时主要修补电极箔上的氧化膜，氧化膜的完整存在提高了中高压铝电解电容器的电气特性和产品的寿命特性。
钝化剂为次亚磷酸铵。钝化剂主要修补电极箔上氧化膜外层的磷化膜，而达到抑制水合的作用，磷化膜的完整存在使得铝氧化膜对水化反应不敏感，从而保护铝介质氧化膜。
闪火电压提升剂为二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚、聚山梨糖醇醚中的至少一种。闪火电压提升剂能有效提高无硼系工作电解液的闪火电压，使本发明的电解液成为一种安全、稳定、长寿命的中高压铝电解电容器用工作电解液。
消氢剂为对硝基苯甲醇。在中高压铝电解电容器老化和工作过程中需要不断修补电极箔上的氧化膜缺陷，修补氧化膜缺陷就会产生氢气，氢气的产生会使电解电容器内压升高，严重时电解电容器会爆炸，而消氢剂就是在这一过程中起到吸收氢的作用。
本发明在完全不使用硼及其盐的前提下，制得高闪火电压无硼系工作电解液，该电解液具有较高的闪火电压及其修补铝箔氧化膜的能力，其闪火电压比现有技术的电解液的闪火电压提高至少40%；该电解液性能稳定、品质可靠，寿命比使用含硼及其盐的传统工作电解液要长，明显提升了铝电解电容器的使用性能。
在本发明的高闪火电压无硼系工作电解液的制备方法中，包括以下步骤：
S1、称重：称量溶剂、修补剂、钝化剂、闪火电压提升剂和消氢剂。称量的重量组份与本发明的电解液中的重量组份一致。
其中，溶剂为乙二醇；
修补剂为有机羧酸铵，有机羧酸铵为己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、1，7-癸二酸铵、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵、1，12-十八双酸铵中的至少一种；
钝化剂为次亚磷酸铵；
闪火电压提升剂为二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚、聚山梨糖醇醚中的至少一种；
消氢剂为对硝基苯甲醇。
S2、第一次溶解：将S1中称重后的溶剂、修补剂和闪火电压提升剂加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
S3、第二次溶解：将S1中称重后的钝化剂和消氢剂，依次加入S2中的降温至110℃的溶液中，以110℃恒温50～70分钟；优选以110℃恒温60分钟。
S4、冷却：放置冷却至室温，得电解液。室温优选20～30℃。
实施例1
按重量份数称取：乙二醇50份、己二酸铵40份、次亚磷酸铵0.6份、二甘醇醚7.4份、对硝基苯甲醇2份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、己二酸铵和二甘醇醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温50分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为20℃，得电解液。
实施例2
按重量份数称取：乙二醇80份、辛二酸铵10份、次亚磷酸铵0.1份、聚乙二醇醚9.7份、对硝基苯甲醇0.2份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、辛二酸铵和聚乙二醇醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温70分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为25℃，得电解液。
实施例3
按重量份数称取：乙二醇77份、壬二酸氢铵2份、次亚磷酸铵1份、聚甘油醚15份、对硝基苯甲醇5份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、壬二酸氢铵和聚甘油醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温70分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为26℃，得电解液。
实施例4
按重量份数称取：乙二醇78份、癸二酸铵20份、次亚磷酸铵0.8份、聚甘露醇醚1份、对硝基苯甲醇0.2份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、癸二酸铵和聚甘露醇醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温60分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为26℃，得电解液。
实施例5
按重量份数称取：乙二醇68份、十二双酸铵20份、次亚磷酸铵0.8份、聚山梨糖醇醚11份、对硝基苯甲醇0.2份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、十二双酸铵和聚山梨糖醇醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温60分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为27℃，得电解液。
实施例6
按重量份数称取：乙二醇65份、1，7-癸二酸铵31.4份、次亚磷酸铵0.4份、聚甘油醚和聚甘露醇醚各2份、对硝基苯甲醇1.2份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、1，7-癸二酸铵、聚甘油醚和聚甘露醇醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温60分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为27℃，得电解液。
实施例7
按重量份数称取：乙二醇72份、（1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵和1，12-十八双酸铵各6份）、次亚磷酸铵0.5份、（二甘醇醚、聚乙二醇醚和聚甘油醚各3份）、对硝基苯甲醇0.5份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵、1，12-十八双酸铵、二甘醇醚、聚乙二醇醚和聚甘油醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温65分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为28℃，得电解液。
实施例8
按重量份数称取：乙二醇78份、（己二酸铵和辛二酸铵各4份）、次亚磷酸铵0.7份、（聚乙二醇醚和聚山梨糖醇醚各5份）、对硝基苯甲醇3.3份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、己二酸铵、辛二酸铵、聚乙二醇醚和聚山梨糖醇醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温60分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为21℃，得电解液。
实施例9
按重量份数称取：乙二醇54份、（己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵和癸二酸铵各8份）、次亚磷酸铵1份、（聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚和聚山梨糖醇醚各2份）、对硝基苯甲醇5份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚和聚山梨糖醇醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温62分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为25℃，得电解液。
实施例10
按重量份数称取：乙二醇60份、（己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、1，7-癸二酸铵、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵和1，12-十八双酸铵各3份）、次亚磷酸铵0.8份、（二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚和聚山梨糖醇醚各2份）、对硝基苯甲醇2.2份，制备高闪火电压无硼系工作电解液。
以上述称重的原料制备高闪火电压无硼系工作电解液：
（1）、第一次溶解：将乙二醇、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、1，7-癸二酸铵、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵、1，12-十八双酸铵、二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚和聚山梨糖醇醚加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃。
（2）、第二次溶解：将次亚磷酸铵和对硝基苯甲醇，依次加入（1）中降温至110℃的溶液中，以110℃恒温60分钟。
（3）、冷却：放置冷却至室温，室温为28℃，得电解液。
本发明高闪火电压无硼系工作电解液的特性：
1、30摄氏度测试工作电解液的电导率是1.2±0.1ms/cm；
2、30摄氏度测试工作电解液的酸碱度是6.5±0.5；
3、80摄氏度测试工作电解液的闪火电压最低值不小于500V；
4、80摄氏度测试工作电解液的粘度是20±2mPS1.s。
上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种高闪火电压无硼系工作电解液，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组份：
溶剂 50～80%，
修补剂 2～40%，
钝化剂 0.1～1%，
闪火电压提升剂 1～15%，
消氢剂 0.2～5%。
2.根据权利要求1所述的高闪火电压无硼系工作电解液，其特征在于，所述溶剂为乙二醇。
3.根据权利要求1所述的高闪火电压无硼系工作电解液，其特征在于，所述修补剂为有机羧酸铵。
4.根据权利要求3所述的高闪火电压无硼系工作电解液，其特征在于，所述有机羧酸铵为己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、1，7-癸二酸铵、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵、1，12-十八双酸铵中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高闪火电压无硼系工作电解液，其特征在于，所述钝化剂为次亚磷酸铵。
6.根据权利要求1所述的高闪火电压无硼系工作电解液，其特征在于，所述闪火电压提升剂为二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚、聚山梨糖醇醚中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的高闪火电压无硼系工作电解液，其特征在于，所述消氢剂为对硝基苯甲醇。
8.一种高闪火电压无硼系工作电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称重：称量溶剂、修补剂、钝化剂、闪火电压提升剂和消氢剂；
S2、第一次溶解：将S1中称重后的溶剂、修补剂和闪火电压提升剂加入容器中，加热至140℃，搅拌至全溶；停止加热，继续搅拌，降温至110℃；
S3、第二次溶解：将S1中称重后的钝化剂和消氢剂，依次加入S2中的降温至110℃的溶液中，以110℃恒温50～70分钟；
S4、冷却：放置冷却至室温，得电解液。
9.根据权利要求8所述的高闪火电压无硼系工作电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，加入钝化剂和消氢剂后，以110℃恒温60分钟。
10.根据权利要求8所述的高闪火电压无硼系工作电解液的制备方法，其特征在于：
所述溶剂为乙二醇；
所述修补剂为有机羧酸铵，所述有机羧酸铵为己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、1，7-癸二酸铵、1，6-十二双酸铵、1，10-十六双酸铵、1，12-十八双酸铵中的至少一种；
所述钝化剂为次亚磷酸铵；
所述闪火电压提升剂为二甘醇醚、聚乙二醇醚、聚甘油醚、聚甘露醇醚、聚山梨糖醇醚中的至少一种；
所述消氢剂为对硝基苯甲醇。
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