CN105225840A - 低漏电流卷绕式固态电解电容器及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低漏电流卷绕式固态电解电容器生产方法，它包括素子制备、组立、老化步骤，本发明对阳极箔、阴极箔裁切后进行打磨，大大减少了毛刺刺穿电解纸，造成短路的风险，以及尖端放电漏电流增加的风险；含浸两次前处理剂较好地保护氧化膜，减少聚合过程对氧化膜的损伤；在氧化剂中增加氧化性基团，对聚合物掺杂的作用，且在高温脱掺杂时，会分解出具有氧化性的含氧剂基团，从而在一定程度上修复破损的氧化膜，提高了电容器的“自愈能力”；制备的固态电解电容器在20±5℃下，充电2min后，漏电流控制标准可设为不大于0.05CV或15μA的较大值。

Description

低漏电流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，具体地说是一种低漏电流卷绕式固态电解电容器及生产方法，特别是涉及一种在25±5℃下，充电2min后，漏电流不大于0.05CV或15μA的较大值的低漏电流卷绕式固态电解电容器及生产方法。

背景技术

固态铝电解电容器的电解质是导电聚合物，导电聚合物以电子导电，且导电率可达500S/m，而传统铝电解电容器的电解液是以离子导电，且导电率低。因此，相比于传统产品，固态铝电解电容器具有等效串联电阻小、高频特性好和使用安全等优点。但是，导电聚合物不具备修复氧化膜的功能，固态铝电解电容器的“自我修复”是漏电流大处的导电聚合物蒸发或者受热分解为绝缘物质，因此，其漏电流比液态产品高一个数量级。

目前，固态铝电解电容器漏电流的控制标准一般为0.2CV或500μA的较大值。固态铝电解电容器漏电流大一方面会引起电容器内部温升，加速电解质老化，缩短电容器寿命；另一方面会降低下游产品的可靠性，比如在充电电源的应用中，电容器漏电流大，会严重影响充电时间，容易出现充不满或过充现象，同时，也关闭了固态产品在对滤波要求较高的电路应用的大门。因此，漏电流大已成为制约固态铝电解电容器本身发展和拓宽下游市场的一大瓶颈。

申请号为200910036621.4，发明名称为一种固体铝电解电容器的制造方法的专利公开了将卷绕成的芯包进行修复和碳化处理后，对芯包进行单体，氧化剂分别含浸，对含浸好的芯包进行两段式聚合：新进行低温聚合再进行高温聚合，使单体氧化剂聚合更充分生成稳固的导电高分子层，溶剂更能有效排除电容器外，提高电容器电性能；在老化处理工艺中采用额定电压的0.5倍，1倍，1.2倍分别对产品施加电压进行分段老化处理，避免了一次性老化时过压冲击对芯包造成的损伤，降低了ESR和漏电流LC，达到提高性能的目的。

但是，其碳化后未进行第二次化成修补氧化膜，产品的漏电流仍有降低的空间；另外，含浸液的溶剂为正丁醇，含浸时间较长，延长了生产周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种在25±5℃下，充电2min后，漏电流不大于0.05CV或15μA的较大值的低漏电流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，一种低漏电流卷绕式固态电解电容器生产方法，它包括以下步骤：

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

所述正导针、负导针为化成后导针；所述阳极箔为采用1.8倍～2.0倍电容器额定电压的化成箔，且其表面杂质Cu²⁺、Cu⁺、Fe³⁺、Cl^-离子的总和小于10ppm；所述阴极箔为覆碳箔，且碳层厚度为45nm；阳极箔、阴极箔裁切后，进行打磨，毛刺横向不大于15μm，纵向不大于10μm；电解纸选用密度大于0.50g/cm³的高密度电解纸；钉铆时，在钉铆处有4层电解纸；含浸氧化剂时，所述含浸液中添加有含有氧化剂基团的添加剂，所述氧化性基团为含有羧基或羟基的苯环或杂环；

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/㎝。

本发明阳极箔额定电压＜25V时，化成电压为阳极箔额定电压，阳极箔额定电压≥25V时，采用分电压段化成，25V至阳极箔额定电压均分为4段，每段化成时间为10min～15min。

本发明在步骤⑴中，碳化温度为200℃～280℃，碳化时间为2h～4h。

为提高含浸效果，本发明在步骤⑴中，含浸前处理剂时，进行二次含浸，即第一次含浸后在130℃～150℃下，烘干60min～90min，空冷后再进行第二次含浸。

本发明所述前处理剂为聚乙二醇或硅烷偶联剂或丁二酸二辛脂磺酸钠或聚二甲基硅氧烷中的一种或组合。

本发明在步骤⑴中，高温聚合时，首先在40℃～80℃分段聚合，每段聚合时间为40min～90min；然后在160℃～180℃聚合，聚合时间为10min～20min。

⑵组立：通过组立机将步骤⑴制备的素子组立于铝壳中；

⑶老化：将步骤⑵制备的半成品在105℃～150℃下，分电压段老化处理100min～150min，即制得低漏电流卷绕式固态电解电容器。

本发明在步骤⑶中，电容器额定电压≤20V时，老化电压为电容器额定电压的105﹪～120﹪；电容器额定电压＞20V时，20V至电容器额定电压的105﹪～120﹪均分为四段，进行分电压段老化。

一种低漏电流卷绕式固态电解电容器，它通过素子制备、组立、老化步骤后制成，所制备的固态电解电容器在25±5℃下，充电2min后，漏电流不大于0.05CV或15μA的较大值。

由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，阳极箔、阴极箔裁切后进行打磨，大大减少了毛刺刺穿电解纸，造成短路的风险，以及尖端放电漏电流增加的风险；含浸两次前处理剂较好地保护氧化膜，减少聚合过程对氧化膜的损伤；在氧化剂中增加氧化性基团，对聚合物掺杂的作用，且在高温脱掺杂时，会分解出具有氧化性的含氧剂基团，从而在一定程度上修复破损的氧化膜，提高了电容器的“自愈能力”；制备的固态电解电容器在20±5℃下，充电2min后，漏电流控制标准可设为不大于0.05CV或15μA的较大值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种低漏电流卷绕式固态电解电容器生产方法，它包括以下步骤：

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

所述正导针、负导针为化成后导针；所述阳极箔为采用1.8倍～2.0倍电容器额定电压的化成箔，且其表面杂质Cu²⁺、Cu⁺、Fe³⁺、Cl^-离子的总和小于10ppm；所述阴极箔为覆碳箔，且碳层厚度为45nm；阳极箔、阴极箔裁切后，进行打磨，毛刺横向不大于15μm，纵向不大于10μm；电解纸选用密度大于0.50g/cm³的高密度电解纸；钉铆时，在钉铆处有4层电解纸；含浸氧化剂时，所述含浸液中添加有含有氧化剂基团的添加剂，所述氧化性基团为含有羧基或羟基的苯环或杂环；

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/㎝。化成是为了修补阳极箔裁切面和钉卷过程中的损伤，碳化后进行一次是因为会有一些水合氧化膜生成，这种氧化膜不是理想的，碳化温度下这种氧化膜会脱水，会形变，造成氧化膜有新的损伤。

本发明阳极箔额定电压＜25V时，化成电压为阳极箔额定电压，阳极箔额定电压≥25V时，采用分电压段化成，25V至阳极箔额定电压均分为4段，每段化成时间为10min～15min。

本发明在步骤⑴中，碳化温度为200℃～280℃，碳化时间为2h～4h。

为提高含浸效果，本发明在步骤⑴中，含浸前处理剂时，进行二次含浸，即第一次含浸后在130℃～150℃下，烘干60min～90min，空冷后再进行第二次含浸。

本发明所述前处理剂为聚乙二醇或硅烷偶联剂或丁二酸二辛脂磺酸钠或聚二甲基硅氧烷中的一种或组合。

本发明在步骤⑴中，高温聚合时，首先在40℃～80℃分段聚合，每段聚合时间为40min～90min；然后在160℃～180℃聚合，聚合时间为10min～20min。

⑵组立：通过组立机将步骤⑴制备的素子组立于铝壳中；

⑶老化：将步骤⑵制备的半成品在105℃～150℃下，分电压段老化处理100min～150min，即制得低漏电流卷绕式固态电解电容器。

本发明在步骤⑶中，电容器额定电压≤20V时，老化电压为电容器额定电压的105﹪～120﹪；电容器额定电压＞20V时，20V至电容器额定电压的105﹪～120﹪均分为四段，进行分电压段老化。

一种低漏电流卷绕式固态电解电容器，它通过素子制备、组立、老化步骤后制成，所制备的固态电解电容器在25±5℃下，充电2min后，漏电流不大于0.05CV或15μA的较大值。

本实施例以制备6.3V470μF规格的卷绕式固态电解电容器为例进一步对本发明进行说明。

本实施例所述阳极箔采用1.8倍电容器额定电压的化成耐压铝箔，所述阴极箔为覆碳箔，且碳层厚度为45nm，电解纸为马尼拉麻或者剑麻纤维的电解纸，其密度为0.6g/cm²，厚度为50μm；在裁切过程中，增加对箔的打磨，并将吸尘装置由原来的四风道改为密集型8风道，从而达到毛刺横向不大于15μm，纵向不大于10μm的要求；钉铆时，在钉铆处有4层电解纸。

化成时，先对卷绕后的芯子进行第一次化成，化成温度60℃，化成时间为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/㎝。由于本实施例阳极箔额定电压＜25V，化成电压为阳极箔额定电压。再对芯子进行碳化处理，碳化温度为270℃，碳化时间为2h。碳化处理后的芯子再进行第二次化成，化成条件与第一次化成一样。

含浸前处理剂时，进行二次含浸，即第一次含浸后在130℃～150℃下，烘干60min～90min，空冷后再进行第二次含浸。本发明所述前处理剂为聚二甲基硅氧烷。

含浸单体时，在温度为30±2℃的条件下，将芯子置入40﹪的3,4-乙撑二氧噻吩的甲醇溶液进行常压浸渍1min之后，50℃烘干30min。

含浸氧化剂时，在温度为20±2℃的条件下，环境相对湿度小于30﹪的条件下，将芯子置入60﹪的对甲苯磺酸铁的甲醇溶液中进行浸渍处理，浸渍时间为5min。由于在氧化剂中添加有含有氧化性基团的添加剂，可起到对聚合物掺杂的作用，且在高温脱掺杂时，会分解出具有氧化性的含氧剂基团，从而在一定程度上修复破损的氧化膜。

将经过含渍氧化剂处理后的芯子经行高温聚合，首先分别在40℃、50℃、70℃下各聚合70min，160℃下聚合15min后制成素子。

通过组立机将步骤⑴制备的素子组立于铝壳中。

由于电容器额定电压≤20V，在105℃～150℃下，电容器额定电压的105﹪～120﹪老化处理100min～150min，即制得低漏电流卷绕式固态电解电容器。

如表1所示，本实施例制备的规格为6.3V470μF卷绕式固态电解电容器，其电容量(CAP)在470.6μF～475.1μF，损耗(DF)3.8～4.0，等效串联电阻(ESR)6.8mΩ～7.1mΩ，特性均良好，在25±5℃下，充电2min后漏电流的平均值为70.3μA，小于0.05CV（0.05×6.3×470﹦148.05μA）或15μA的较大值，更是远小于现有固态电解电容器漏电流控制标准（0.2CV（0.2×6.3×470﹦592.2μA）或500μA的较大值），具体检测结果见表1。

表1：实施例1的产品特性

本发明由于对阳极箔、阴极箔裁切后进行打磨，大大减少了毛刺刺穿电解纸，造成短路的风险，以及尖端放电漏电流增加的风险；含浸两次前处理剂较好保护氧化膜，减少聚合过程对氧化膜的损伤；在氧化剂中增加氧化性基团，对聚合物掺杂的作用，且在高温脱掺杂时，会分解出具有氧化性的含氧剂基团，从而在一定程度上修复破损的氧化膜，提高了电容器的“自愈能力”；制备的固态电解电容器在25±5℃下，充电2min后，漏电流不大于0.05CV或15μA的较大值。

实施例2：

本实施例以制备25V47μF规格的卷绕式固态电解电容器为例进一步对本发明进行说明。

化成时，由于本实施例阳极箔额定电压≥25V，采用分电压段化成。25V额定电压至阳极箔额定耐压值（1.88倍电容器额定电压）均分为4段即在25V、32V、39V、47V，每段10min。

老化时，由于电容器额定电压＞20V，在20V、24V、27V、30V各段老化处理30min。

如表2所示，本实施例制备的规格为25V47μF卷绕式固态电解电容器，其电容量(CAP)在47.1μF～47.9μF，损耗(DF)6.7～6.8，等效串联电阻(ESR)16.1mΩ～17.0mΩ，特性均良好，在25±5℃下，充电2min后漏电流的平均值为29.1μA，小于0.05CV（0.05×25×47﹦58.75μA）或15μA的较大值，更是远小于现有固态电解电容器漏电流控制标准（0.2CV（0.2×25×47﹦235μA）或500μA的较大值），具体检测结果见表2。

表2：实施例2的产品特性

余同实施例1。

Claims (9)

1.一种低漏电流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素子制备：将钉铆有正导针的阳极箔和钉铆有负导针的阴极箔夹着电解纸卷绕成芯子，芯子经化成、碳化、含浸前处理剂、含浸单体、含浸氧化剂、高温聚合后制得素子；

所述正导针、负导针为化成后导针；所述阳极箔为采用1.8倍～2.0倍电容器额定电压的化成箔，且其表面杂质Cu²⁺、Cu⁺、Fe³⁺、Cl^-离子的总和小于10ppm；所述阴极箔为覆碳箔，且碳层厚度为45nm～55nm；阳极箔、阴极箔裁切后，进行打磨，毛刺横向不大于15μm，纵向不大于10μm；电解纸选用密度大于0.50g/cm³的高密度电解纸；钉铆时，在钉铆处有4层电解纸；含浸氧化剂时，所述含浸液中添加有含有氧化剂基团的添加剂，所述氧化性基团为含有羧基或羟基的苯环或杂环；

⑵组立：通过组立机将步骤⑴制备的素子组立于铝壳中；

⑶老化：将步骤⑵制备的半成品在105℃～150℃下，分电压段老化处理100min～150min，即制得低漏电流卷绕式固态电解电容器。

2.根据权利要求1所述的低漏电流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/㎝。

3.根据权利要求2所述的低漏电流卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是阳极箔额定电压＜25V时，化成电压为阳极箔额定电压，阳极箔额定电压≥25V时，采用分电压段化成，25V至阳极箔额定电压均分为4段，每段化成时间为10min～15min。

4.根据权利要求1所述的低漏电流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所述的低漏电流卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是在步骤⑴中，含浸前处理剂时，进行二次含浸，即第一次含浸后在130℃～150℃下，烘干60min～90min，空冷后再进行第二次含浸。

6.根据权利要求5所述的低漏电流卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是所述前处理剂为聚乙二醇或硅烷偶联剂或丁二酸二辛脂磺酸钠或聚二甲基硅氧烷中的一种或组合。

7.根据权利要求1所述的低漏电流卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是在步骤⑴中，高温聚合时，首先在40℃～80℃分段聚合，每段聚合时间为40min～90min；然后在160℃～180℃聚合，聚合时间为10min～20min。

8.根据权利要求1所述的低漏电流卷绕式固态电解电容器生产方法，其特征是在步骤⑶中，电容器额定电压≤20V时，老化电压为电容器额定电压的105﹪～120﹪；电容器额定电压＞20V时，20V至电容器额定电压的105﹪～120﹪均分为四段，进行分电压段老化。

9.一种低漏电流卷绕式固态电解电容器，其特征是它通过素子制备、组立、老化步骤后制成，所制备的固态电解电容器在25±5℃下，充电2min后，漏电流不大于0.05CV或15μA的较大值。