CN105405661A - 一种固态电解电容的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种固态电解电容的制作方法，涉及电解电容技术领域。包括以下步骤：S100、制作素子；S200、第一含浸阶段，在该阶段素子含浸化成液将素子的正箔表面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复；S300、第二含浸阶段，在该阶段素子含浸导电聚合物分散液；S400、第三含浸阶段，在该阶段素子含浸处理液；S500、将经过第三含浸阶段的素子封装成铝壳。本发明所述的方法有效的避开了分散液的开发，缩减了生产周期且降低了成本，本发明通过将处理液和导电聚合等固态电解质合并使用，获得具有高电压、高容量、低阻抗、漏电流小等特点的固态电解电容器，同时本发明所使用高的处理液具有促进阳极箔氧化皮膜缺陷部的修复作用，能够抑制短路情况的发生。
Description
技术领域
本发明涉及电解电容技术领域，尤其涉及铝电解电容技术领域，具体是指一种固态电解电容的制作方法。
背景技术
随着电子产品的数据化，那些电流输出的回路，特别是AV机器、汽车装置领域，对高信赖的固态电解电容器呼声越来越高，要求其小型化、高容量、低ESR低LC等性能，耐短路性能也有特别要求，液态电解电容器和固态电解电容器比较，其优点是电解液可以对正极氧化膜缺陷部有修复能力，抑制短路情况的发生。但是，固态电解电容器是电介质，对正极氧化膜缺陷部的修复能力弱。因此，固态电解电容器长期在85~150℃的高温工作环境下使用，LC有增大的可能，甚至有可能会导致短路。
目前固态电解电容器因受导电聚合物分散液耐压的影响，只能生产额定电压在100V以內的固态电解电容器，如果需要生产更高电压的固态电解电容器，市场就必须开发耐压更高的分散液；但分散液研发成本非常高且周期长，且生产制程也比較繁琐。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种固态电解电容的制作方法，该方法有效的避开了分散液的开发，缩减了生产周期且降低了成本，具体的，本发明通过将处理液和导电聚合等固态电解质合并使用，获得具有高电压、高容量、低阻抗、漏电流小等特点的固态电解电容器，同时本发明所使用高的处理液具有促进阳极箔氧化皮膜缺陷部的修复作用，能够抑制短路情况的发生。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明提出一种固态电解电容的制作方法，包括以下步骤：
S100、制作素子，通过钉卷机将正箔、负箔和电解纸按设计尺寸裁断，然后将正导针和负导针分别铆接在正箔和负箔上，随后将正箔和负箔夹电解纸卷绕成圆形，最后在所述圆形的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成素子；
S200、第一含浸阶段，在该阶段素子含浸化成液将素子的正箔表面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复；
S300、第二含浸阶段，在该阶段素子含浸导电聚合物分散液以便在素子的电极箔上形成一定厚度的导电聚合层；
S400、第三含浸阶段，在该阶段素子含浸处理液以使正箔的表面和蚀孔内部覆盖了一层致密的电介质氧化膜；
S500、将经过第三含浸阶段的素子封装成铝壳。
优选的，所述步骤S200中的第一含浸阶段所使用的化成液为硼酸体系的高压化成液。
优选的，所述步骤S300中的第二含浸阶段还包括第一干燥阶段，所述第一干燥阶段的温度为150℃，所述第一干燥阶段的时间为45min。
优选的，所述步骤S300中的导电聚合物分散液为含有聚乙烯3,4乙烯二氧噻吩的分散体水系溶液。
优选的，所述步骤S400中的第三含浸阶段还包括第二干燥阶段，所述第二干燥阶段的温度为150℃，所述第二干燥阶段的时间为20min。
优选的，所述步骤S400中的处理液包括溶媒及溶质，所述溶媒包括难挥发特性的水系高分子材料、沸点100℃以下的有机溶剂、沸点150℃以上的有机溶剂及水，所述溶质为有机酸化合物及无机酸化合物。
更加优选的，所述难挥发特性的水系高分子材料选自聚乙烯亚烃基二醇、聚乙烯醇、聚乙二醇甘油醇乙醚、聚乙二醇二甘油醇乙醚、聚乙二醇山梨醇乙醚、聚乙烯二醇、聚丁烯二醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯组成的组中的一种或多种。
更加优选的，所述沸点100℃以下的有机溶剂选自甲醇或乙醇，沸点150℃以上的有机溶剂选自乙二醇、丙二醇、甘露醇、丙三醇、环丁砜、丁二醇、二乙二醇、γ-丁内脂组成的组中的一种或多种。
更加优选的，所述有机酸化合物及无机酸化合物选自添加磷酸、硼酸、苯甲酸、己二酸、壬二酸、葵二酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、马来酸、苯磺酸、柠檬酸组成的组中的一种或多种。
本发明的有益效果：
1.本发明通过将处理液和导电聚合等固态电解质合并使用，获得具有高电压、高容量、低阻抗、漏电流小等特点的固态电解电容器，同时本发明所使用高的处理液具有促进阳极箔氧化皮膜缺陷部的修复作用，能够抑制短路情况的发生，避开了对分散液的研究，有效的解决了分散液耐压不足和生产成本高的问题；
2.处理液中添加的高分子材料含有提升耐压的功效，同时处理液将分散液重合后形成的导电高分子聚合物包围，相当于保护并防止其裂化分解；
3.本发明处理液中的难挥发特性的水系高分子材料能够确保固态电解电容器在85~150℃的高温工作环境下使用，处理液不易挥发且热稳定性良好，同时对正箔表面的氧化皮膜有修复作用；
4.本发明处理液中添加具有粘度低，溶解能力强的有机溶剂如乙醇、γ-丁内脂等水系混合液，所以，处理液具有良好的润湿性，素子内部导电聚合的固态电解质层的间隙中更容易渗入处理液，阳极箔的表面和蚀孔内部覆盖了一层致密的电介质氧化膜，提高了容量引出率，可以获得高容量特性固态电解电容器，因处理液含有不同沸点的有机溶剂，素子含浸处理液后，其内部渗入处理液的导电聚合膜在干燥时，导电聚合膜层的电解质更加均一化和安定化；
5.本发明处理液中添加有机酸及无机酸化合物，为处理液提供氧离子以修补阳极氧化膜，能电离成带电荷的正负离子，并在电场作用下具有良好的导电能力，所以，处理液具有良好的导电特性，含浸渗透性好，电介质氧化膜和处理液电解质紧密接触，电解纸和阳极（阴级）箔间更加紧密贴服，可以获得低阻抗特性固态电解电容器。
附图说明
图1为本发明一种固态电解电容的制作方法中素子的结构示意图；
图2为本发明一种固态电解电容的制作方法中素子经第三含浸阶段的展开图。
其中，100-素子，1-正箔，2-负箔，3-电解纸，4-正导针，5-负导针，6-处理液，7-导电聚合层，8-电解质氧化膜。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所介绍的一样，现有技术中若要生产更高电压的固态电解电容器，就必须开发耐压更高的分散液，但分散液研发成本非常高且周期长，且生产制程也比較繁琐。针对这一问题，本发明提出一种固态电解电容的制作方法，包括以下步骤：
S100、制作素子100，如图1所示，通过钉卷机将正箔1、负箔2和电解纸3按设计尺寸裁断，然后将正导针4和负导针5分别铆接在正箔1和负箔2上，随后将正箔1和负箔2夹电解纸3卷绕成圆形，最后在所述圆形的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成素子100；
S200、第一含浸阶段，在该阶段素子100含浸化成液将素子的正箔表面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复；
S300、第二含浸阶段，在该阶段素子100含浸导电聚合物分散液以便在素子的电极箔上形成一定厚度的导电聚合层7；
S400、第三含浸阶段，在该阶段素子100含浸处理液以使正箔的表面和蚀孔内部覆盖了一层致密的电介质氧化膜8；
S500、将经过第三含浸阶段的素子100封装成铝壳。
经过上述步骤的固态电解电容的内部结构如图2所示。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。本发明实施例固态电解电容器为铝电解电容器，其规格：PH250V8.2μF，尺寸：10*12.5，信赖性寿命试验：125℃高温负荷试验，105℃高温放置试验。
实施例一
本实施例包括如下步骤：
A1、制作素子，通过钉卷机将正箔、负箔和电解纸按设计尺寸裁断，然后将正导针和负导针分别铆接在正箔和负箔上，随后将正箔和负箔夹电解纸卷绕成圆形，最后在所述圆形的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成素子；
A2、第一含浸阶段，在该阶段素子含浸硼酸体系的高压化成液，通过给导针线施加400V电压，电流密度0.05mA/pcs，,将正箔表面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复；
A3、第二含浸阶段，在该阶段素子含浸在含有聚乙烯3,4乙烯二氧噻吩的分散体水系溶液的分散液中，使得素子内具有导电性固体粒子或是其凝固体形成导电性固体层。分散液含浸真空度为-55～-65KPa，干燥条件：温度150℃，时间45min。重复本含浸步骤3次～5次以便在铝电极箔上形成一定厚度的导电聚合层7；
A4、第三含浸阶段，在该阶段中素子含浸处理液，因处理液具有良好的润湿性，素子内部导电聚合的固态电解质层的间隙中更容易渗入处理液，正极箔的表面和蚀孔内部覆盖了一层致密的电介质氧化膜8。处理液含浸真空度为-55～-65KPa,干燥条件：温度150℃，时间为20min；
A5、将经过第三含浸阶段的素子封装成铝壳。
其中，上述步骤A4中的处理液为处理液A，其包括分子量为200的聚乙二醇量，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水20%及邻苯二甲酸5%。
实施例二
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液B，其包括分子量为600的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水20%及邻苯二甲酸5%。
实施例三
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液C，其包括分子量为1000的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水20%及邻苯二甲酸5%。
实施例四
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液D，其包括分子量为2000的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水20%及邻苯二甲酸5%。
实施例五
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液E，其包括分子量为4000的聚乙二醇量，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水20%及邻苯二甲酸5%。
实施例六
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液F，其包括分子量为6000的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水20%及邻苯二甲酸5%。
实施例七
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液G，其包括分子量为8000的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水20%及邻苯二甲酸5%。
以上具体实施例所使用的处理液在于聚乙二醇分子量的不同，各处理液的配方见表一，其实验数据见表二。
表一处理液配方一
表二实验数据一
备注：ESR：100KHz测试；CAP：120Hz测试。
实施例1～实施例7试验结果表明：处理液中溶媒高分子材料聚乙二醇的分子量在200～1000时，粘度低且难挥发，容量引出率良好，耐压提升幅度26.0%～32.0%；处理液的溶媒高分子材料聚乙二醇的分子量在1000以上（2000～8000）时，粘度高且更难挥发，虽然耐压提升幅度大，但含浸率降低，导致容量引出率下降。因此，处理液中聚乙二醇的最佳分子量在200～1000的范围。
实施例八
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液H，其包括分子量为600的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水22.5%及邻苯二甲酸2.5%。
实施例九
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液I，其包括分子量为600的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水20%及邻苯二甲酸5%。
实施例十
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液J，其包括分子量为600的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水17.5%及邻苯二甲酸7.5%。
实施例十一
本实施例同实施例一的步骤及原理基本相同，不同之处在于步骤A4中所使用的处理液，在本实施例中所使用的处理液为处理液K，其包括分子量为600的聚乙二醇，按重量百分比计算，聚乙二醇(PEG)35%、乙二醇(EG)15%、γ-丁内脂10%(GBL)、乙醇15%、水15%及邻苯二甲酸10%。
实施例八至实施例十一的不同在于邻苯二甲酸重量百分比的不同，实施例八至实施例十一中所使用的处理液配方及实验数据分别见表三及表四。
表三处理液配方二
表四实验数据二
备注：ESR：100KHz测试；CAP：120Hz测试。
实施例8～实施例11试验结果表明：处理液中有机酸作用：为处理液提供氧离子以修补阳极氧化膜，同时能电离成带电荷的正负离子，并在电场作用下起到溶液的离子电导作用，具有良好的导电能力；有机酸添加量在2.5～5.0%（wt%)范围时，电离能力强，电气特性稳定；有机酸和有机碱的摩尔比在7.5～10.0%（wt%)范围时，因邻苯二甲酸添加过量，处理液偏酸性，与铝和铝氧化膜发生腐蚀，导致容量衰减严重，阻抗提升，漏电流增大，电容器性能劣化；因此，处理液中有机酸添加量的最佳范围在2.5～5.0%（wt%)之间。
表五为在125℃高温负荷条件下信赖性寿命试验电气参数，表六为在105℃高温放置条件下信赖性寿命试验电气参数。
表五125℃高温负荷条件下信赖性寿命试验电气参数表
备注：ESR：100KHz测试；CAP：120Hz测试。
表六105℃高温放置条件下信赖性寿命试验电气参数表
备注：ESR：100KHz测试；CAP：120Hz测试。
从表五与表六中可以看出实施例1～实施例10在125℃高温负荷条件及105℃高温放置条件下试验，电气参数均正常，只有实施例11会发生素子发烫现象。综合表一至表六可知发生原因：因处理液中邻苯二甲酸添加过量，处理液偏酸性，与铝和铝氧化膜发生腐蚀，导致漏电流增大，电容器性能劣化。
终上所述，本发明开发的处理液可以生产250V（耐压可高达500V以上）的固态电解电容器，其成本相对较低，且生产制程也比较简单。重点是固态电解电容器可将处理液和导电聚合等固态电电解质合并使用用以生产高电压、高容量、低阻抗、漏电流小且可以抑制短路情况的固态电解电容器，适用于要求长期、高信赖性的AV机器、汽车组装机器的电源输出侧的平滑回路或控制回路等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、制作素子，通过钉卷机将正箔、负箔和电解纸按设计尺寸裁断，然后将正导针和负导针分别铆接在正箔和负箔上，随后将正箔和负箔夹电解纸卷绕成圆形，最后在所述圆形的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成素子；
S200、第一含浸阶段，在该阶段素子含浸化成液将素子的正箔表面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复；
S300、第二含浸阶段，在该阶段素子含浸导电聚合物分散液以便在素子的电极箔上形成一定厚度的导电聚合层；
S400、第三含浸阶段，在该阶段素子含浸处理液以使正箔的表面和蚀孔内部覆盖了一层致密的电介质氧化膜；
S500、将经过第三含浸阶段的素子封装成铝壳。
2.根据权利要求1所述的一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，所述步骤S200中的第一含浸阶段所使用的化成液为硼酸体系的高压化成液。
3.根据权利要求1所述的一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，所述步骤S300中的第二含浸阶段还包括第一干燥阶段，所述第一干燥阶段的温度为150℃，所述第一干燥阶段的时间为45min。
4.根据权利要求1所述的一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，所述步骤S300中的导电聚合物分散液为含有聚乙烯3,4乙烯二氧噻吩的分散体水系溶液。
5.根据权利要求1所述的一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，所述步骤S400中的第三含浸阶段还包括第二干燥阶段，所述第二干燥阶段的温度为150℃，所述第二干燥阶段的时间为20min。
6.根据权利要求1所述的一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，所述步骤S400中的处理液包括溶媒及溶质，所述溶媒包括难挥发特性的水系高分子材料、沸点100℃以下的有机溶剂、沸点150℃以上的有机溶剂及水，所述溶质为有机酸化合物及无机酸化合物。
7.根据权利要求5所述的一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，所述难挥发特性的水系高分子材料选自聚乙烯亚烃基二醇、聚乙烯醇、聚乙二醇甘油醇乙醚、聚乙二醇二甘油醇乙醚、聚乙二醇山梨醇乙醚、聚乙烯二醇、聚丁烯二醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯组成的组中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，所述沸点100℃以下的有机溶剂选自甲醇或乙醇，沸点150℃以上的有机溶剂选自乙二醇、丙二醇、甘露醇、丙三醇、环丁砜、丁二醇、二乙二醇、γ-丁内脂组成的组中的一种或多种。
9.根据权利要求5所述的一种固态电解电容的制作方法，其特征在于，所述有机酸化合物及无机酸化合物选自添加磷酸、硼酸、苯甲酸、己二酸、壬二酸、葵二酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、马来酸、苯磺酸、柠檬酸组成的组中的一种或多种。
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