CN104882282A - 超高压大容量铝电解电容器工作电解液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液及其制备方法，包括以下重量份的组分：溶剂：24.1～59.7%、耐压添加剂：15～27.5%、溶质：22.5～35%、表面活性剂：0.05～2%、水合抑制剂：0.2～0.4%、吸氢剂：2～5%、形成特性添加剂：0.05～3.5%、防腐剂：0.5～2.5%。本发明具有大大提高了电解液的耐高压、高温特性，同时又具有低漏电和长寿命的特点，耐久性试验100℃达到2000小时的优点。

Description

超高压大容量铝电解电容器工作电解液及其制备方法

技术领域：

本发明属于铝电解电容器及其工作电解液之制备和应用领域，特别是一种新能源领域，一种750V～800V超高压大容量铝电解电容器工作电解液及其制备方法。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，各种电力变换、 储能电源等对超高压大容量电容器的需求不断增加，比如脉冲发生器、储能焊接机、激光电源、变频器、UPS/EPS电源等。随着节能环保领域的迅猛发展，大容量、高耐压电容器在风力发电机组、太阳能/风能发电并网系统等领域日益增加，已经成为电容器行业新的增长点。

目前中国的电容器及其工作电解液的产量占世界市场的份额越来越大，但在超高压电解液及电容器技术上和世界先进技术还有不小的差距。目前国内在600V及以下电压段高压电容器及其电解液的应用仅有少数几例专利授权，如CN200910054661.1(600V超高压铝电解电容器工作电解液及其制备和应用)，仅达到90℃2000Hr水准；而CN200410051254.2，只能在315V～500V额定工作电压下工作。因而在一些特殊使用场合，如：PWM控制领域，急需开发出超高压大容量电容器以减少串接个数，稳定使用性能，适应绿色环保领域的发展需求。

因此，为了填补超高压铝电解电容器的短板，本发明对750V～800V超高压铝电解电容器及其工作电解液进行了深入的研究。

发明内容：

本发明目的在于提供一种大大提高了电解液的耐高压、高温特性，同时又具有低漏电和长寿命的特点，耐久性试验100℃达到2000小时的超高压大容量铝电解电容器工作电解液及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组分：溶剂：24.1～59.7% 、耐压添加剂：15～27.5%、溶质：22.5～35%  、表面活性剂：0.05～2%、水合抑制剂：0.2～0.4%、吸氢剂：2～5%、形成特性添加剂：0.05～3.5%、防腐剂：0.5～2.5%；

所述的溶剂为二甘醇；

所述的溶质为：2-丁基十一酸铵、聚异丁烯-马来酸铵、聚乙二醇癸二酸酯铵中的一种或任两种的混合物；

所述的水合抑制剂为：磷酸十二烷基、磷酸二苯、焦磷酸以及羧乙基膦酸中的一种或任两种的混合物；

所述的形成特性添加剂为：氨基磺酸及其铵盐、龙胆酸及其铵盐中的一种或任两种的混合物；

所述的耐压添加剂为：平均聚合度为100—300的聚乙烯醇、TiO2nm级分散剂、聚乙二醇硼酸酯、聚合度为2000的四氢呋喃-氧化乙烯共聚体中的任两种或任两种以上的混合物；

所述的表面活性剂：为脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、三甲氧基乙氧基硅烷中的一种或任两种的混合物；

所述的吸氢剂为：2,4-二硝基苯甲醚、硝基苯乙醚、间硝基乙酰替苯胺、邻硝基乙酰替苯胺、对硝基苯乙酮、硝基萘中的一种或任两种以上的混合物；

所述的防腐剂为：苯、苯甲酸、甘氨酸、羧基苯甲酸中的一种或任两种的混合物。

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液的制备方法，包括以下步骤：

（1）、预先将所要使用的聚乙烯醇加入高纯去离子水进行充分的溶胀；

（2）、将重量百分比为24.1～59.7%的溶剂加入配制釜搅拌加热至115～125℃时，将完全溶胀之聚乙烯醇加入，并继续边搅拌边加热之155～160℃，使聚乙烯醇充分溶解并均匀分散于溶剂中；

（3）、将上述混合液通过循环冷却水冷却至120～130℃时加入重量百分比为15～27.5%的耐压添加剂、0.05～3.5%的形成特性添加剂、0.05～2%的表面活性剂，保持温度控制于135～140℃，以使各物质充分溶解混合均匀；

（4）、待上述混合液完全溶解混合均匀后，用循环冷却水冷却至105～120℃，加入0.2～0.4%的水合抑制剂、2～5%的吸氢剂、0.5～2.5%的防腐剂，充分溶解混合均匀后用循环冷却水冷却至75℃以下自然冷却，即制得750V～800V超高压铝电解电容器工作电解液。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、优选了几种优良的高压溶质，具有A、长碳链，有效降低对箔的侵蚀；B、羧基附近一般均具有较短的支链，对羧基产生有效的位阻，有效防止羧基的酰胺化反应；

2、为了改善电解液的浸渍性能，本发明添加了具有特殊性能的表面活性剂，使芯包能充分润湿，保证了含浸率，降低了成品的ESR，同时，此表面活性剂由于降低了溶剂的表面张力，从而能使产品老练时产生的气体得到及时释放，充分修补损伤部位，延长了电容的寿命。

3、为了提高电解液的耐压性能，本发明优选了几种性能稳定且耐压见长的添加剂，并将它们配合使用，发挥各自所长，优势互补，不仅使耐压得到充分的提高，而且对产品的使用寿命做出了贡献。

4、为了提高产品的修补性能，本发明增加了一定含量的形成特性添加剂，确保了电容器在使用过程中能及时修补损伤部位，从而也延长了产品的寿命。

5、电容器生产所用的原材料以及在生产过程中，都会有微量有害物质存在或带入，如铜离子、氯离子等，因此为了减小这些有害离子对电容器寿命的侵害，本发明又优选了几种能规避或降低这些有害离子的物质，并适量添加，制止或延缓了损害程度，提高了产品的可靠性，从而保证了产品的寿命。

6、通过以上各组分的协同作用，用本发明电解液所制高压产品耐久性试验100℃达到2000小时，完全符合使用要求。

具体实施方式

以下以通过优选实施例对本发明工艺作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例一

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组分：

实施例二

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组份：

实施例三

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组份：

实施例四

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组份：

实施例五

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组份：

实施例六

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组份：

实施例七

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组份：

实施例八

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，包括以下重量份的组份：

一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液的制备方法，包括以下步骤：

（1）、预先将所要使用的聚乙烯醇加入高纯去离子水进行充分的溶胀；

（2）、将重量百分比为24.1～59.7%的溶剂加入配制釜搅拌加热至115～125℃时，将完全溶胀之聚乙烯醇加入，并继续边搅拌边加热之155～160℃，使聚乙烯醇充分溶解并均匀分散于溶剂中；

（3）、将上述混合液通过循环冷却水冷却至120～130℃时加入重量百分比为15～27.5%的耐压添加剂、0.05～3.5%的形成特性添加剂、0.05～2%的表面活性剂，保持温度控制于135～140℃，以使各物质充分溶解混合均匀；

（4）、待上述混合液完全溶解混合均匀后，用循环冷却水冷却至105～120℃，加入0.2～0.4%的水合抑制剂、2～5%的吸氢剂、0.5～2.5%的防腐剂，充分溶解混合均匀后用循环冷却水冷却至75℃以下自然冷却，即制得750V～800V超高压铝电解电容器工作电解液。

溶质是电解液中非常重要的因素之一，既要在溶剂中有一定的溶解度，以保证电解液具有适当的电导率，保证产品的损耗和ESR在合适的范围，又要在高温高压以及电流存在的条件下具有较高的稳定性，以保证产品在正常使用过程中发热量控制在较低的水平，并能长期持久的修复电容器。因此本发明优选了几种优良的高压溶质，具有A、长碳链，有效降低对箔的侵蚀；B、羧基附近一般均具有较短的支链，对羧基产生有效的位阻，有效防止羧基的酰胺化反应。

为了改善电解液的浸渍性能，本发明添加了具有特殊性能的表面活性剂，使芯包能充分润湿，保证了含浸率，降低了成品的ESR，同时，此表面活性剂由于降低了溶剂的表面张力，从而能使产品老练时产生的气体得到及时释放，充分修补损伤部位，延长了电容的寿命。

为了提高电解液的耐压性能，本发明优选了几种性能稳定且耐压见长的添加剂，并将它们配合使用，发挥各自所长，优势互补，不仅使耐压得到充分的提高，而且对产品的使用寿命做出了贡献。

为了提高产品的修补性能，本发明增加了一定含量的形成特性添加剂，确保了电容器在使用过程中能及时修补损伤部位，从而也延长了产品的寿命。

电容器生产所用的原材料以及在生产过程中，都会有微量有害物质存在或带入，如铜离子、氯离子等，因此为了减小这些有害离子对电容器寿命的侵害，本发明又优选了几种能规避或降低这些有害离子的物质，并适量添加，阻止或延缓了损害程度，提高了产品的可靠性，从而保证了产品的寿命。

使用本发明实施例一～八所制电解液制成电解电容器：800V6800，Φ101*236，并在100℃环境下施加800V直流电压，时间为2000hr，试验结果见下表所示：

备注：所有产品外观均正常

结果：从上表可看出，通过以上各组分的协同作用，用本发明电解液所制超高压产品耐久性试验100℃达到2000小时，完全符合使用要求，达到了最初的设计目标。

Claims (10)

1.一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：包括以下重量份的组分：溶剂：24.1～59.7% 、耐压添加剂：15～27.5%、溶质：22.5～35%  、表面活性剂：0.05～2%、水合抑制剂：0.2～0.4%、吸氢剂：2～5%、形成特性添加剂：0.05～3.5%、防腐剂：0.5～2.5%。

2.根据权利要求1所述超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：所述的溶剂为二甘醇。

3.根据权利要求1或2所述超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：所述的溶质为：2-丁基十一酸铵、聚异丁烯-马来酸铵、聚乙二醇癸二酸酯铵中的一种或任两种的混合物。

4.根据权利要求1-3任一项所述超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：所述的水合抑制剂为：磷酸十二烷基、磷酸二苯、焦磷酸以及羧乙基膦酸中的一种或任两种的混合物。

5.根据权利要求1-4任一项所述超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：所述的形成特性添加剂为：氨基磺酸及其铵盐、龙胆酸及其铵盐中的一种或任两种的混合物。

6.根据权利要求1-5任一项所述超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：所述的耐压添加剂为：平均聚合度为100—300的聚乙烯醇、TiO2nm级分散剂、聚乙二醇硼酸酯、聚合度为2000的四氢呋喃-氧化乙烯共聚体中的任两种或任两种以上的混合物。

7.根据权利要求1-6任一项所述超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：所述的表面活性剂：为脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、三甲氧基乙氧基硅烷中的一种或任两种的混合物。

8.根据权利要求1-7任一项所述超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：所述的吸氢剂为：2,4-二硝基苯甲醚、硝基苯乙醚、间硝基乙酰替苯胺、邻硝基乙酰替苯胺、对硝基苯乙酮、硝基萘中的一种或任两种以上的混合物。

9.根据权利要求1-8任一项所述超高压大容量铝电解电容器工作电解液，其特征在于：所述的防腐剂为：苯、苯甲酸、甘氨酸、羧基苯甲酸中的一种或任两种的混合物。

10.一种超高压大容量铝电解电容器工作电解液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、预先将所要使用的聚乙烯醇加入高纯去离子水进行充分的溶胀；

（2）、将重量百分比为24.1～59.7%的溶剂加入配制釜搅拌加热至115～125℃时，将完全溶胀之聚乙烯醇加入，并继续边搅拌边加热之155～160℃，使聚乙烯醇充分溶解并均匀分散于溶剂中；

（3）、将上述混合液通过循环冷却水冷却至120～130℃时加入重量百分比为15～27.5%的耐压添加剂、0.05～3.5%的形成特性添加剂、0.05～2%的表面活性剂，保持温度控制于135～140℃，以使各物质充分溶解混合均匀；

（4）、待上述混合液完全溶解混合均匀后，用循环冷却水冷却至105～120℃，加入0.2～0.4%的水合抑制剂、2～5%的吸氢剂、0.5～2.5%的防腐剂，充分溶解混合均匀后用循环冷却水冷却至75℃以下自然冷却，即制得750V～800V超高压铝电解电容器工作电解液。