CN104966619A - 耐高纹波卷绕式固态电解电容器及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高纹波卷绕式固态电解电容器，它包括素子、封装铝壳，其特征是所述素子与铝壳之间填充有导热胶，导热胶的体积为铝壳容量的0.15﹪～0.5﹪，所制备的电容器在相同纹波电流条件下，比同规格产品的温升减少0.4℃～0.8℃，额定纹波电流较之同规格产品提高20﹪～30﹪；其生产方法包括制备素子、组立、老化步骤；本发明一是在素子和铝壳之间加有导热胶，加强了电容器内部向外散热，相同纹波电流条件下，比同规格产品的温升少0.4℃～0.8℃；二是在氧化剂含浸液中加入添加剂，电容器的等效串联电阻较之前降低5﹪～10﹪；三是所制备电容器纹波电流较之同规格耐纹波产品提高20﹪～30﹪。

Description

耐高纹波卷绕式固态电解电容器及生产方法

技术领域

本发明涉及一种固态电解电容器，具体地说是一种耐高纹波卷绕式固态电解电容器及生产方法，特别是涉及一种电容器额定纹波电流较之同规格产品提高20﹪～30﹪的耐高纹波卷绕式固态电解电容器及生产方法。

背景技术

纹波电流是电流中的高次谐波成分，会带来电流或电压幅值变化，电流幅值增加造成电容器内部温升提高，降低电容器使用寿命；电压幅值增加，严重时，会造成电容器击穿。因此，提升电容器的耐纹波性能可提高电容器的可靠性，相应地也会提升下游整机的可靠性。目前，固态电解电容器仍存在漏电流大、散热不良、等效串联电阻较高等缺点，遏止了固态电解电容器耐纹波能力的进一步提升。

文献1：申请号为201320137287.3，发明名称为耐纹波的铝电解电容器的专利公开了一种在正极箔、负极箔的表面均镀有氧化钛薄膜层，增大了其静电容量，改善了其漏电特性，在使用时该电容器可承受较大的纹波电流，不易失效。存在的问题是使用氧化钛镀层，成本较高，且裁切、钉卷时毛刺较多，易造成漏电流增大或短路。

文献2：申请号为201410045688.5，发明名称为一种散热铝电解电容器的专利申请公开了一种在电容芯体周围设置有紧密贴合的聚氨酯薄膜作为绝缘层，既有良好的绝缘效果又具有很好的传热性能，外围设置有散热层，由于都是紧密贴合，因此散热效果佳。存在的问题是因为要求素子紧密贴着铝壳，给组立工序带来一定的难度，若不紧密贴着铝壳，空气的导热能力有限，降低了短时间的散热效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容器额定纹波电流较之同规格产品提高20﹪～30﹪的耐高纹波卷绕式固态电解电容器及生产方法。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种耐高纹波卷绕式固态电解电容器生产方法，它包括以下步骤：

⑴制备素子：将钉铆有正导针的阳极铝箔和钉铆有负导针的阴极铝箔夹着电解纸卷绕成芯子，芯子经化成、碳化、前处理、含浸单体、含浸氧化剂、高温聚合后制得素子；

所述阳极铝箔采用1.8倍电容器额定电压的阳极箔，其未生成氧化膜的铝基体厚度为25μm～30μm；钉铆时，在钉铆处有4层电解纸；含浸氧化剂时，氧化剂中加有质量分数为1﹪～5﹪的添加剂，所述添加剂为四氢呋喃或山梨醇或混合山梨醇中的一种或组合；

⑵组立：通过组立机将步骤⑴制备的素子组立于铝壳中，在素子上套入橡胶塞、束腰之前向铝壳中添加导热胶；

⑶老化：在105℃～130℃下，分电压段老化100～150min，即制得卷绕型固体电解电容器。

本发明在步骤⑴中，所述阴极铝箔为附碳箔；所述电解纸为密度大于0.50g/㎝³的电解纸，且碳化后电解纸厚度为原厚度的（50±1）﹪；所述正导针、负导针为化成后导针，舌部铝纯度大于99.9﹪，其CP线中铜含量为40﹪～50﹪。

本发明在步骤⑴中，化成时，碳化前进行一次，碳化后进行一次，化成温度50℃～80℃，化成时间为10min～30min，化成液为质量分数1﹪～5﹪的己二酸铵水溶液，化成液的性能主要性能参数为：pH 为7±0.5，电导率为10±1mρ/㎝。

本发明在步骤⑴中，碳化温度为200℃～280℃，碳化时间为2h～4h。

本发明在步骤⑵中，添加导热胶的体积为铝壳容量的0.15﹪～0.5﹪。

本发明在步骤⑵中，所述的导热胶固化前后体积变化＜1.0﹪，固化后，绝缘电阻＞100MΩ，邵氏硬度：73～91，导热率＞1W/mK，耐热温度大于150℃。

一种耐高纹波卷绕式固态电解电容器，它包括素子、封装铝壳，所述素子与铝壳之间填充有导热胶，导热胶的体积为铝壳容量的0.15﹪～0.5﹪，所制备的电容器在相同纹波电流条件下，比同规格产品的温升减少0.4℃～0.8℃，额定纹波电流较之同规格产品提高20﹪～30﹪。

本发明所述的导热胶固化前后体积变化＜1.0﹪，固化后，绝缘电阻＞100MΩ，邵氏硬度：73～91，导热率＞1W/mK，耐热温度大于150℃。

由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，一是在素子和铝壳之间加有导热胶，加强了电容器内部向外散热，相同纹波电流条件下，比同规格产品的温升少0.4℃～0.8℃；二是在氧化剂含浸液中加入添加剂，电容器的等效串联电阻较之前降低5﹪～10﹪；三是所制备电容器纹波电流较之同规格耐纹波产品提高20﹪～30﹪。

附图说明

图1是本发明所制备的产品结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种耐高纹波卷绕式固态电解电容器生产方法，它包括以下步骤：

⑴制备素子：将钉铆有正导针7的阳极铝箔和钉铆有负导针8的阴极铝箔夹着电解纸卷绕成芯子，芯子经化成、碳化、前处理、含浸单体、含浸氧化剂、高温聚合后制得素子3；

所述阳极铝箔采用1.8倍电容器额定电压的阳极箔，其未生成氧化膜的铝基体厚度为25μm～30μm；钉铆时，在钉铆处有4层电解纸；含浸氧化剂时，氧化剂中加有质量分数为1﹪～5﹪的添加剂，所述添加剂为四氢呋喃或山梨醇或混合山梨醇中的一种或组合；

本发明在步骤⑴中，所述阴极铝箔为附碳箔；所述电解纸为密度大于0.50g/㎝³的电解纸，且碳化后电解纸厚度为原厚度的（50±1）﹪；所述正导针7、负导针8为化成后导针，舌部4铝纯度大于99.9﹪，其CP线6中铜含量为40﹪～50﹪。

本发明在步骤⑴中，化成时，碳化前进行一次，碳化后进行一次，化成温度50℃～80℃，化成时间为10min～30min，化成液为质量分数1﹪～5﹪的己二酸铵水溶液，化成液的性能主要性能参数为：pH 为7±0.5，电导率为10±1mρ/㎝。

本发明在步骤⑴中，碳化温度为200℃～280℃，碳化时间为2h～4h。

本实施例制备16V560μF，尺寸为10×12（㎜）的电解电容器，在按现有技术制备时，其电容器的等效串联电阻（ESR）为10mΩ20℃，100kHz；额定纹波电流为5250mArms/105℃，100kHz。

在按本发明所述方法制备时，本实施例在步骤⑴中，含浸氧化剂时，氧化剂中添加质量分数2﹪的山梨醇。

⑵组立：通过组立机将步骤⑴制备的素子组立于铝壳中，在素子3上套入橡胶塞5、束腰之前向铝壳1中添加导热胶2；

本发明在步骤⑵中，添加导热胶2的体积为铝壳1容量的0.15﹪～0.5﹪。

本发明在步骤⑵中，所述的导热胶固化前后体积变化＜1.0﹪，固化后，绝缘电阻＞100MΩ，邵氏硬度：73～91，导热率＞1W/mK，耐热温度大于150℃。

本实施例导热胶选用广州市雅威贸易有限公司生产的高导热环氧灌封胶STYCAST 1495K。40℃加热5min，然后滴入铝壳中，导热胶体积占铝壳的0.25﹪，再将素子套上胶粒，放入铝壳中，然后束腰。

⑶老化：在105℃～130℃下，分电压段老化100～150min，即制得卷绕型固体电解电容器。

本实施例产品电压＜25V，老化电压是额定电压，125℃老化120min，即制得16V560μF的卷绕型固体电解电容器。

由图1可知，一种耐高纹波卷绕式固态电解电容器，它包括素子3、封装铝壳1，所述素子3与铝壳1之间填充有导热胶2，导热胶2的体积为铝壳1容量的0.15﹪～0.5﹪，所制备的电容器在相同纹波电流条件下，比同规格产品的温升减少0.4℃～0.8℃，额定纹波电流较之同规格产品提高20﹪～30﹪。

本发明所述的导热胶固化前后体积变化＜1.0﹪，固化后，绝缘电阻＞100MΩ，邵氏硬度：73～91，导热率＞1W/mK，耐热温度大于150℃。

本实施例导热胶选用广州市雅威贸易有限公司生产的高导热环氧灌封胶STYCAST 1495K。

本实施例制备的16V560μF，尺寸为10×12（㎜）的电解电容器，在按现有技术制备时，其电容器的等效串联电阻（ESR）为10mΩ20℃，100kHz；额定纹波电流为5250mArms/105℃，100kHz。

对采用上述方法制得的16V560μF卷绕型固体电解电容器在20℃，100kHz条件下测试ESR值，其结果为9mΩ20℃，100kHz；在105℃，100kHz条件下测试纹波电流，其结果如下表：

卷绕型固体电解电容器的允许温升为20℃，为安全，设定在测定纹波电流时以温升15℃为上限。从上表可知，当加6500mA纹波电流时，电容器温升稳定在13℃～14℃，故其额定纹波电流最高可设为6500mArms/105℃，100kHz，较现有技术提高23.8﹪。

实施例2：

本实施例制备50V56μF，尺寸为10×12（㎜）的电解电容器，在按现有技术制备时，其电容器的等效串联电阻（ESR）为28mΩ20℃，100kHz；额定纹波电流为2100mArms/105℃，100kHz。

在按本发明所述方法制备时，本实施例在步骤⑴中，含浸氧化剂时，氧化剂中添加质量分数0.5﹪的混合山梨醇和质量分数1﹪的四氢呋喃。

本实施例产品电压≥25V，老化时，20V起，至额定电压均分为8段，每段15min，即制得50V56μF的卷绕型固体电解电容器。

对制得的50V56μF卷绕型固体电解电容器在20℃，100kHz条件下测试ESR值，其结果为26mΩ20℃，100kHz；在105℃，100kHz条件下测试纹波电流，其结果如下表：

卷绕型固体电解电容器的允许温升为20℃，为安全，设定在测定纹波电流时以温升15℃为上限。从上表可知，当加2700mA纹波电流时，电容器温升稳定在14℃～15℃，故其额定纹波电流最高可设为2700mArms/105℃，100kHz，较现有技术提高28.6﹪。

余同实施例1。

本发明在选材上，注重阳极箔铝基体的厚度和腐蚀孔的均匀性，保证了阳极箔性能稳定性；在氧化剂含浸液中加入添加剂，提高了导电聚合物的导电率，降低了固固界面的接触阻抗，进而降低了电容器的等效串联电阻；增加钉花处电解纸层数至4层，降低钉花处毛刺和箔灰引起的漏电流；在素子和铝壳之间加有导热胶，加强了铝壳内素子散热，减小素子升温速率，相同纹波电流条件下，比同规格产品的温升少0.4℃～0.8℃。

Claims (8)

1.一种耐高纹波卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是它包括以下步骤：

⑴制备素子：将钉铆有正导针的阳极铝箔和钉铆有负导针的阴极铝箔夹着电解纸卷绕成芯子，芯子经化成、碳化、前处理、含浸单体、含浸氧化剂、高温聚合后制得素子；

所述阳极铝箔采用1.8倍电容器额定电压的阳极箔，其未生成氧化膜的铝基体厚度为25μm～30μm；钉铆时，在钉铆处有4层电解纸；含浸氧化剂时，氧化剂中加有质量分数为1﹪～5﹪的添加剂，所述添加剂为四氢呋喃或山梨醇或混合山梨醇中的一种或组合；

⑵组立：通过组立机将步骤⑴制备的素子组立于铝壳中，在素子上套入橡胶塞、束腰之前向铝壳中添加导热胶；

⑶老化：在105℃～130℃下，分电压段老化100～150min，即制得卷绕型固体电解电容器。

2.根据权利要求1所述的耐高纹波卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是在步骤⑴中，所述阴极铝箔为附碳箔；所述电解纸为密度大于0.50g/㎝³的电解纸，且碳化后电解纸厚度为原厚度的（50±1）﹪；所述正导针、负导针为化成后导针，舌部铝纯度大于99.9﹪，其CP线中铜含量为40﹪～50﹪。

3.根据权利要求1所述的耐高纹波卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是在步骤⑴中，化成时，碳化前进行一次，碳化后进行一次，化成温度50℃～80℃，化成时间为10min～30min，化成液为质量分数1﹪～5﹪的己二酸铵水溶液，化成液的性能主要性能参数为：pH 为7±0.5，电导率为10±1mρ/㎝。

4.根据权利要求1所述的耐高纹波卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是在步骤⑴中，碳化温度为200℃～280℃，碳化时间为2h～4h。

5.根据权利要求1所述的耐高纹波卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是在步骤⑵中，添加导热胶的体积为铝壳容量的0.15﹪～0.5﹪。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的耐高纹波卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是在步骤⑵中，所述的导热胶固化前后体积变化＜1.0﹪，固化后，绝缘电阻＞100MΩ，邵氏硬度：73～91，导热率＞1W/mK，耐热温度大于150℃。

7.一种耐高纹波卷绕式固态电解电容器，它包括素子、封装铝壳，其特征是所述素子与铝壳之间填充有导热胶，导热胶的体积为铝壳容量的0.15﹪～0.5﹪，所制备的电容器在相同纹波电流条件下，比同规格产品的温升减少0.4℃～0.8℃，额定纹波电流较之同规格产品提高20﹪～30﹪。

8.根据权利要求7所述的耐高纹波卷绕式固态电解电容器，其特征是所述的导热胶固化前后体积变化＜1.0﹪，固化后，绝缘电阻＞100MΩ，邵氏硬度：73～91，导热率＞1W/mK，耐热温度大于150℃。