CN105374560A - 铝电解电容器工作电解液及其制备方法、铝电解电容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝电解电容器工作电解液，包括：38～65重量份的主溶剂、3～23重量份的辅助溶剂、8～22重量份的溶质、3～15重量份的耐纹波特性添加剂与1.2～7重量份的其他添加剂；所述耐纹波特性添加剂选自12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵、2,7-二正丁基葵二酸、2,7-二正丁基辛二酸、2-乙基壬二酸、十四烷二酸与十八烷二酸中的一种或多种。与现有技术相比，本发明以特定的辅助溶剂与主溶剂相互配合，并加入特定的溶质，使电解液具有较高的电导率，在高纹波电流状态下温度变化较小，同时，加入特定的长链酸作为耐纹波特定添加剂，其具有耐高温及耐纹波的特性，也使其具有较高的闪火电压，抗腐蚀能力较好。

Description

铝电解电容器工作电解液及其制备方法、铝电解电容器

技术领域

本发明属于电容器技术领域，尤其涉及一种铝电解电容器工作电解液及其制备方法、铝电解电容器。

背景技术

电容器是应用广泛的挤出电子元件，是一种储能元件，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。其中大型铝电解电容器一般应用于变频器空调、变频电梯、航空军工、电焊机、风能发电、UPS等设备及新能源领域，铝电解电容器的特点是容量大，但是漏电大，误差大，稳定性差，常用作交流旁路和滤波，在要求不高时也可用于信号耦合。铝电解电容器的典型结构是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极。它的芯子是由阳极铝箔、浸有电解液的衬垫纸、阴极铝箔、天然氧化酶等重叠卷绕而成的，芯子含浸电解液后用铝壳和胶盖密闭起来就构成一个电解电容器。

铝电解电容器电解液经历了以下的发展：

(1)硼酸+乙二醇体系：该体系为铝电解电容器早期使用的电解液。这样的电解液中的乙二醇和硼酸之间由于醋化反应生成大量的缩合水、造成电解液系统内部的水分含量升高，其结果在超过100℃的使用温度条件下使用该电解液时，电解液中的水将会变成水蒸气而蒸发，随之电解电容的组件内压升高，难免产生所谓的破坏问题，该体系无法应用在高温环境，现已基本被淘汰。

(2)支链羧酸盐+乙二醇体系：采用含有壬二酸、葵二酸、十二烷二酸等直链型饱和二羧酸或其盐作为电解质的电解液。这是目前国内广泛使用的体系，但直链羧酸盐在低温下有结晶析出的现象，影响了电容器的低温性能，并且直链羧酸盐体系的电导率变化大，电容器损耗变化大，这些问题都制约着电容器性能的进一步提高。

(3)支链羧酸盐+乙二醇体系：国外厂商多使用支链羧酸盐作为主电解质，相对比于直链羧酸，支链羧酸中侧链基团的引入，使其在高温条件下抑制酯化的能力加强，从而提高了高温稳定性；而且由于侧链上基团的空间位阻作用以及烷氧基团的极化作用，使其在乙二醇中的溶解度增加，从而改善其低温性能，支链羧酸盐的溶解度和热稳定性均优于直链羧酸盐，能制造出性能更优异的电容器产品。

工作电解液的品质决定了电容器的稳定性、寿命和漏电等性能，这些性能直接决定电容器的优劣。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种铝电解电容器工作电解液及其制备方法、铝电解电容器，该电解液可用于耐大纹波类铝电解电容器。

本发明提供了一种铝电解电容器工作电解液，包括：38～65重量份的主溶剂、3～23重量份的辅助溶剂、8～22重量份的溶质、3～15重量份的耐纹波特性添加剂与1.2～7重量份的其他添加剂；

所述主溶剂为醇类和/或醚类溶剂；

所述辅助溶剂选自磷酸三丁酯、聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、γ-丁内酯、1,2-丙二醇、乙烯醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上；

所述溶质选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、2-羟基乙胺、葡萄糖酸、聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钼酸、磷钨酸中的两种或两种以上；

所述耐纹波特性添加剂选自12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵、2,7-二正丁基葵二酸、2,7-二正丁基辛二酸、2-乙基壬二酸、十四烷二酸与十八烷二酸中的一种或多种。

优选的，所述主溶剂选自乙二醇、聚甘油醚、甘油衍生物与乙二醇丁醚中的两种或两种以上。

优选的，所述其他添加剂为磷酸单丁酯、聚磷酸、三乙醇胺、对硝基苯甲醇、二甲胺、三乙胺、二乙醇胺、聚乙烯醇、马来酰胺、磷钨酸与聚乙二醇磷酸酯中的两种或两种以上。

优选的，包括：58～62重量份的主溶剂、16～18重量份的辅助溶剂、15～16重量份的溶质、6.7～7.5重量份的耐纹波特性添加剂与3～5重量份的其他添加剂。

本发明还提供了一种铝电解电容器工作电解液的制备方法，包括：

A)将38～65重量份的主溶剂、3～23重量份的辅助溶剂、8～22重量份的溶质、3～15重量份的耐纹波特性添加剂与1.2～7重量份的其他添加剂混合，得到铝电解电容器工作电解液；

所述主溶剂选自乙二醇、聚甘油醚、甘油酯衍生物、乙二醇丁醚与三甘油醇中的两种或两种以上；

所述辅助溶剂选自磷酸三丁酯、聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、γ-丁内酯、1,2-丙二醇、乙烯醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上；

所述溶质选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、2-羟基乙胺、葡萄糖酸、聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钼酸、磷钨酸中的两种或两种以上；

所述耐纹波特性添加剂选自12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵、2,7-二正丁基葵二酸、2,7-二正丁基辛二酸、2-乙基壬二酸、十四烷二酸与十八烷二酸中的一种或多种。

优选的，所述步骤A)具体为：

将38～65重量份的主溶剂与3～23重量份的辅助溶剂混合，然后升温加入8～22重量份的溶质混合搅拌，再加入3～15重量份的耐纹波特性添加剂，最后加入1.2～7重量份的其他添加剂混合，得到铝电解电容器工作电解液。

优选的，所述升温的温度为105℃～110℃。

优选的，所述混合搅拌的温度为125℃～130℃，时间为15～20min。

优选的，所述加入1.2～7重量份的其他添加剂混合的温度为70℃～90℃。

本发明还提供了一种铝电解电容器，包括铝电解电容器工作电解液。

本发明提供了一种铝电解电容器工作电解液，包括：38～65重量份的主溶剂、3～23重量份的辅助溶剂、8～22重量份的溶质、3～15重量份的耐纹波特性添加剂与1.2～7重量份的其他添加剂；所述主溶剂为醇类和/或醚类溶剂；所述辅助溶剂选自磷酸三丁酯、聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、γ-丁内酯、1,2-丙二醇、乙烯醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上；所述溶质选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、2-羟基乙胺、葡萄糖酸、聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钼酸、磷钨酸中的两种或两种以上；所述耐纹波特性添加剂选自12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵、2,7-二正丁基葵二酸、2,7-二正丁基辛二酸、2-乙基壬二酸、十四烷二酸与十八烷二酸中的一种或多种。与现有技术相比，本发明以特定的辅助溶剂与主溶剂相互配合，并加入特定的溶质，使电解液具有较高的电导率，从而使其制成的铝电解电容器具有较低的损耗值，在高纹波电流状态下温度变化较小，同时，加入特定的长链酸作为耐纹波特定添加剂，其具有耐高温及耐纹波的特性，使得电解液使用寿命较长，较稳定，也使其具有较高的闪火电压，抗腐蚀能力较好。

实验表明，本发明制备的铝电解电容器工作电解液的电导率可达2.35μs/cm(30℃)以上。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种铝电解电容器工作电解液，包括：：38～65重量份的主溶剂、3～23重量份的辅助溶剂、8～22重量份的溶质、3～15重量份的耐纹波特性添加剂与1.2～7重量份的其他添加剂；所述主溶剂为醇类和/或醚类溶剂；所述辅助溶剂选自磷酸三丁酯、聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、γ-丁内酯、1,2-丙二醇、乙烯醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上；所述溶质选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、2-羟基乙胺、葡萄糖酸、聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钼酸、磷钨酸中的两种或两种以上；所述耐纹波特性添加剂选自12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵、2,7-二正丁基葵二酸、2,7-二正丁基辛二酸、2-乙基壬二酸、十四烷二酸与十八烷二酸中的一种或多种。

其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。

在本发明中，所述主溶剂的含量优选为45～65重量份，更优选为50～65重量份，再优选为58～62重量份；所述主溶剂为本领域技术人员熟知的醇类和/或醚类溶剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为乙二醇、聚甘油醚、甘油衍生物与乙二醇丁醚中的两种或两种以上，更优选为二醇、聚甘油醚、三甘油醇与乙二醇丁醚中的两种或两种以上。

所述辅助溶剂的含量优选为5～20重量份，更优选为10～20重量份，再优选为16～18重量份；所述辅助溶剂选自磷酸三丁酯、聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、γ-丁内酯、1,2-丙二醇、乙烯醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上，更优选选自聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上。本发明通过将辅助溶剂与主溶剂相互配合，从而使本发明铝电解电容器用工作电解液的性能稳定。

所述溶质的含量优选为10～20重量份，更优选为12～18重量份，再优选为15～16重量份；所述溶质选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、2-羟基乙胺、葡萄糖酸、,、聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钼酸、磷钨酸中的两种或两种以上，优选选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、葡萄糖酸、聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钨酸中的两种或两种以上。

所述耐纹波特性添加剂的含量优选为5～10重量份，更优选为5～8重量份，再优选为6.7～7.5重量份。

所述其他添加剂的含量优选为2～6重量份，再优选为3～5重量份；所述其他添加剂为本领域技术人员熟知的可用于铝电解电容器工作电解液的添加剂即可，用于提高某些性能，并没有特殊的限制，本发明中优选磷酸单丁酯、聚磷酸、三乙醇胺、对硝基苯甲醇、二甲胺、三乙胺、二乙醇胺、聚乙烯醇、马来酰胺、磷钨酸与聚乙二醇磷酸酯中的两种或两种以上。

本发明以特定的辅助溶剂与主溶剂相互配合，并加入特定的溶质，使电解液具有较高的电导率，从而使其制成的铝电解电容器具有较低的损耗值，在高纹波电流状态下温度变化较小，同时，加入特定的长链酸作为耐纹波特定添加剂，其具有耐高温及耐纹波的特性，使得电解液使用寿命较长，较稳定，也使其具有较高的闪火电压，抗腐蚀能力较好。

本发明还提供了一种上述铝电解电容器工作电解液的制备方法，包括：A)将38～65重量份的主溶剂、3～23重量份的辅助溶剂、8～22重量份的溶质、3～15重量份的耐纹波特性添加剂与1.2～7重量份的其他添加剂混合，得到铝电解电容器工作电解液；所述主溶剂选自乙二醇、聚甘油醚、甘油酯衍生物、乙二醇丁醚与三甘油醇中的两种或两种以上；所述辅助溶剂选自磷酸三丁酯、聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、γ-丁内酯、1,2-丙二醇、乙烯醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上；所述溶质选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、2-羟基乙胺、葡萄糖酸、,、聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钼酸、磷钨酸中的两种或两种以上；所述耐纹波特性添加剂选自12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵、2,7-二正丁基葵二酸、2,7-二正丁基辛二酸、2-乙基壬二酸、十四烷二酸与十八烷二酸中的一种或多种。

其中，所述主溶剂、辅助溶剂、溶质、耐纹波特定添加剂与其他添加剂均同上所述，在此不再赘述。

按照本发明，优选先将38～65重量份的主溶剂与3～23重量份的辅助溶剂混合，然后升温加入8～22重量份的溶质混合搅拌；其中，所述升温的温度优选为105℃～110℃；所述混合搅拌的温度优选为125℃～130℃；所述混合搅拌的时间优选为12～20min，更优选为15～20min。

再加入3～15重量份的耐纹波特性添加剂，最后优选冷却至70℃～90℃，再加入1.2～7重量份的其他添加剂混合，得到铝电解电容器工作电解液。

本发明还提供了一种铝电解电容器，包括上述的铝电解电容器工作电解液。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种铝电解电容器工作电解液及其制备方法、铝电解电容器进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1

铝电解电容器工作电解液由以下质量百分比的原料组成：主溶剂56.7％，辅助溶剂16％，溶质15％，提升耐纹波特性添加剂11％，其他添加剂1.3％。

其中：主溶剂为乙二醇49％、聚甘油醚3.9％、三甘醇1％、甘油酯衍生物2.8％；

辅助溶剂为磷酸三丁酯0.5％、聚乙二醇1.5％、聚丙二醇2％、γ-丁内酯0.5％、1,2-丙二醇2％、乙烯醇0.9％、1,3-丁二醇2％、聚乙二醇脂肪酸酯6.6％；

溶质为十二烷基二酸1％、月桂酸0.5％、三羟甲基乙烷0.5％、壬二酸0.5％、山梨糖醇0.6％、三羟甲基丙烷0.5％、甘露醇0.6％、2-羟基乙胺0.3％、葡萄糖酸0.1％、磷钼酸0.01％、氨化聚苯乙烯酸酐1％、聚乙二醇酯1.2％、聚乙烯醇酯7.19％、聚甘油酯1％；

耐纹波特性添加剂为：12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵1％、十四烷二酸0.9％、2,7-二正丁基辛二酸5.6％、2-乙基壬二酸3％、十八烷二酸0.5％；

其他添加剂为磷酸单丁酯0.05％、聚乙二醇磷酸酯0.1％、二甲胺1％、三乙胺0.05％、三乙醇胺0.05％、二乙醇胺0.05％。

将上述主溶剂和辅助溶剂混合，然后在温度为105℃～110℃的条件下加入溶质，搅拌并升温至125℃～130℃，保温搅拌反应15～20min，加入耐纹波特性添加剂，最后冷却至70℃～90℃时加入上述其他添加剂，得到铝电解电容器工作电解液。

实施例2

铝电解电容器工作电解液由以下质量百分比的原料组成：主溶剂55.7％，辅助溶剂18％，溶质16％，提升耐纹波特性添加剂9％，其他添加剂1.3％。

其中：主溶剂为聚甘油醚2％、甘油酯衍生物3％、乙二醇48％、三甘醇1.8％、乙二醇一丁醚0.9％；

辅助溶剂为聚乙二醇6％、聚丙二醇3％、乳化剂2％、1,2-丙二醇1％、乙烯醇1％、1,3-丁二醇1.5％、聚乙二醇脂肪酸酯3.5％；

溶质为：十二烷二酸1.2％、聚乙烯醇1.6％、三羟甲基乙烷2％、山梨糖醇0.6％、磷钼酸；0.01％、聚乙二醇酯1％、聚乙烯醇酯6.39％、壬二酸1.2％、聚甘油酯2％；

耐纹波特性添加剂为：十四烷二酸0.5％、2,7-二正丁基癸二酸2.2％、2,7-二正丁基辛二酸5％、2-乙基壬二酸1％、十八烷二酸0.3％；

其他添加剂为磷酸单丁酯0.05％、聚乙二醇磷酸酯0.1％、三乙醇胺0.05％、三乙胺0.6％、二乙醇胺0.6％。

将上述主溶剂和所述辅助溶剂混合，然后在温度为105℃～110℃的条件下加入所述溶质，搅拌并升温至125℃～130℃，保温搅拌反应15～20min，加入耐纹波特性添加剂，最后冷却至70℃～90℃时加入所述其他添加剂，得到铝电解电容器工作电解液。

比较例1

铝电解电容器工作电解液由以下质量百分比的原料组成：主溶剂65.7％，辅助溶剂16％，溶质18％，其他添加剂0.3％。

其中：主溶剂为乙二醇65.7％；

辅助溶剂为：二甘醇16％、

溶质为：十二烷二酸铵1.5％、癸二酸铵5％、壬二酸氢铵2％、甘露醇糖2％、聚乙二醇6％、五硼酸铵1.5％；

其他添加剂为：次亚磷酸铵0.25％、磷酸单丁酯0.05％。

对实施例1与比较例1中得到的铝电解电容器工作电解液的性能进行检测，得到结果见表1。

将实施例1中得到的铝电解电容器工作电解液组装成三个铝电解电容器(400V，2000μf规格)，并对其寿命特性进行检测，得到结果见表2。

表1铝电解电容器工作电解液性能测试结果

表2铝电解电容器寿命特性检测结果

将实施例2与比较例1中得到的铝电解电容器工作电解液各组装成三个铝电解电容器(400V，2000μf规格)，并对其耐纹波下内部温度进行测试，得到结果见表3。

表3铝电解电容器中心温度测试结果

将实施例2与比较例1中得到的铝电解电容器工作电解液各组装成三个铝电解电容器(400V，2000μf规格)，将其施加纹波电流30A，测试其在大纹波状态下高温负荷寿命，得到结果见表4。

表4铝电解电容器高温寿命测试结果

Claims (10)

1.一种铝电解电容器工作电解液，其特征在于，包括：38～65重量份的主溶剂、3～23重量份的辅助溶剂、8～22重量份的溶质、3～15重量份的耐纹波特性添加剂与1.2～7重量份的其他添加剂；

所述主溶剂为醇类和/或醚类溶剂；

所述辅助溶剂选自磷酸三丁酯、聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、γ-丁内酯、1,2-丙二醇、乙烯醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上；

所述溶质选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、2-羟基乙胺、葡萄糖酸、,聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钼酸、磷钨酸中的两种或两种以上；

所述耐纹波特性添加剂选自12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵、2,7-二正丁基葵二酸、2,7-二正丁基辛二酸、2-乙基壬二酸、十四烷二酸与十八烷二酸中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的铝电解电容器工作电解液，其特征在于，所述主溶剂选自乙二醇、聚甘油醚、甘油衍生物与乙二醇丁醚中的两种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的铝电解电容器工作电解液，其特征在于，所述其他添加剂为磷酸单丁酯、聚磷酸、三乙醇胺、对硝基苯甲醇、二甲胺、三乙胺、二乙醇胺、聚乙烯醇、马来酰胺、磷钨酸与聚乙二醇磷酸酯中的两种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的铝电解电容器工作电解液，其特征在于，包括：58～62重量份的主溶剂、16～18重量份的辅助溶剂、15～16重量份的溶质、6.7～7.5重量份的耐纹波特性添加剂与3～5重量份的其他添加剂。

5.一种铝电解电容器工作电解液的制备方法，其特征在于，包括：

A)将38～65重量份的主溶剂、3～23重量份的辅助溶剂、8～22重量份的溶质、3～15重量份的耐纹波特性添加剂与1.2～7重量份的其他添加剂混合，得到铝电解电容器工作电解液；

所述主溶剂选自乙二醇、聚甘油醚、甘油酯衍生物、乙二醇丁醚与三甘油醇中的两种或两种以上；

所述辅助溶剂选自磷酸三丁酯、聚乙二醇、聚丙二醇、乳化剂、γ-丁内酯、1,2-丙二醇、乙烯醇、1,3-丁二醇、聚乙二醇脂肪酸酯中的两种或两种以上；

所述溶质选自十二烷基二酸、聚乙烯醇、月桂酸、三羟甲基乙烷、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、甘露醇、2-羟基乙胺、葡萄糖酸、,聚乙二醇酯、壬二酸、聚甘油酯、磷钼酸、磷钨酸中的两种或两种以上；

所述耐纹波特性添加剂选自12-乙烯基-8-十八碳烯双酸铵、2,7-二正丁基葵二酸、2,7-二正丁基辛二酸、2-乙基壬二酸、十四烷二酸与十八烷二酸中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：

将38～65重量份的主溶剂与3～23重量份的辅助溶剂混合，然后升温加入8～22重量份的溶质混合搅拌，再加入3～15重量份的耐纹波特性添加剂，最后加入1.2～7重量份的其他添加剂混合，得到铝电解电容器工作电解液。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述升温的温度为105℃～110℃。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合搅拌的温度为125℃～130℃，时间为15～20min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述加入1.2～7重量份的其他添加剂混合的温度为70℃～90℃。

10.一种铝电解电容器，其特征在于，包括权利要求1～4任意一项所述的铝电解电容器工作电解液或权利要求5～9任意一项所制备的铝电解电容器工作电解液。