CN106683888A - 一种耐低温的铝电解电容的电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种耐低温的铝电解电容的电解液，按重量百分比计，包括如下组分：乙二醇：60‑80%，低温辅助溶剂：15‑18%，溶质：5‑16%，闪火提升剂：1‑3%，稳定剂：0.5‑5%，及消氢剂：0.5‑1.5%。本发明通过在乙二醇中添加低温辅助溶剂来提高电解液的耐低温特性，并通过在溶剂中添加具备更好溶解度的特殊支链材料来保证其低温特性的稳定性，再添加适量的闪火电压提升剂、稳定剂及添加消氢剂，使电容器在受到较大纹波电流时不至于气胀、凸底，保持电解液的长期稳定使用。
Description
技术领域
本发明属于电解电容技术领域，尤其涉及一种耐低温的铝电解电容的电解液及其制备方法。
背景技术
随着我国大气污染越来越严重，人们越来越关注清洁能源的使用，新能源汽车作为一种绿色的交通工具备受关注，根据国家发布《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》提出，要推进交通运输低碳发展，实行交通优先，加强轨道交通建设，鼓励自行车等绿色出行，实施新能源汽车推广计划，提高电动车产业水平。而依据《电动汽车充电基础设施建设规划》这一顶层设计方案确定充电桩“超前规划，桩站先行”的指导原则，电动汽车充电需求意味着需要建大量分散式充电桩和集中式充电站。铝电解大电容在充电桩电源系统中起滤波和直流支撑作用，是充电桩核心部件。我国幅员辽阔，在一些地方冬季会出现极低温度，为了保证这些地方充电桩的正常运行，需要其中各个元件均有耐低温特性，其中铝电解大电容是重要一环。而影响铝电解大电容器低温特性最关键的一点就是其所使用的电解液。普通电解液，在极低温度下，粘度变大甚至凝固，导致内阻变大，容值大幅下降，使充电桩的输出纹波变大。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明提出一种耐低温的铝电解电容的电解液，本发明通过在乙二醇中添加低温辅助溶剂来提高电解液的耐低温特性，并通过在溶剂中添加具备更好溶解度的特殊支链材料来保证其低温特性的稳定性。
为此，本发明通过以下的技术方案来实现：
本发明提出一种耐低温的铝电解电容的电解液，按重量百分比计，包括如下组分：
乙二醇：60-80%，
低温辅助溶剂：15-18%，
溶质：5-16%，
闪火提升剂：1-3%，
稳定剂：0.5-5%，及
消氢剂：0.5-1.5%。
优选的，所述辅助溶剂选自二乙二醇己醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚、二甘醇乙醚、二甘醇单丁醚及γ-丁内酯中的一种或多种。
优选的，所述溶质选自聚合羧酸铵盐、1,7-癸二酸铵、1,6-十二双酸铵盐或C16、C24、C30带支链的双羧酸铵或硼酸铵中的一种或多种。
优选的，所述闪火提升剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷环氧丙酮醚、聚丙烯酸铵、聚甘油、聚合脂肪酸及聚合脂肪酸铵中的一种或多种。
优选的，所述稳定剂选自甘露糖醇、山梨糖醇、次亚磷酸、次亚磷酸铵、木糖醇、聚磷酸、烷基磷酸酯及葡萄糖中的一种或多种进行混合。
优选的，所述消氢剂选自对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醇、间苯二酚、对苯二酚或邻硝基茴香醚中的一种。
本发明的另一个方面在于提出一种制备上述电解液的方法，包括如下步骤：
S100、将乙二醇和低温辅助溶剂充分搅拌混合，并加热到80-100℃；
S200、在步骤S100中的混合液中加入闪火提升剂，充分搅拌之后继续升温到140℃；
S300、在步骤S200中的混合液中相继加入溶质、稳定剂和消氢剂，恒温搅拌0.5-1.5h之后自然冷却，出料待用。
本发明的有益效果：
1.本发明充分利用溶剂化效应，通过使用特殊低凝固点辅助溶剂大大降低电解液的初始结晶温度，从而实现电解液的耐低温特性，温度可达-40℃；
2.选用在溶剂中有添加更好溶解度的特殊支链材料，使其低温不析出，增强电解液低温稳定性；
3.添加少量闪火电压提升剂、稳定剂，保证电容器在耐压范围的稳定使用；添加消氢剂，使电容器在受到较大纹波电流时不至于气胀、凸底，保持电解液的长期稳定使用。
具体实施方式
下面将结合具体实施案例对本发明做进一步说明，目的在于更直观的说明，而非对本技术发明方案的限制，凡以相同或近似的原理，对所述技术内容的改进，包括相应组分的增减或替换，以实现基本相同技术效果为目的，则都在本发明申请所要求保护的技术范围之内。
对比例一
在本实施例中，按重量百分比计，电解液包括79.5%的乙二醇、15%的二甘醇、5.5%的癸二酸铵、1.5%的壬二酸铵、0.2%的次亚磷酸铵及0.3%的对硝基苯甲醇。
为了制得性能稳定的电解液，具体过程如下：将79.5%的乙二醇和15%的二甘醇充分搅拌混合，并加热到80-100℃，继而在搅拌混合后形成的混合溶液中加入1.5%的壬二酸铵，充分搅拌之后继续升温到140℃，最后，向上述混合溶液中依次添加5.5%的癸二酸铵、0.2%的次亚磷酸铵及0.3%的对硝基苯甲醇恒温搅拌0.5-1.5h之后自然冷却，出料待用即可。
实施例一
在本实施例中，按重量百分比计，电解液包括60%的乙二醇、17.5%的二乙二醇醚、8.5%的1,6十二双酸铵盐、5.5%的1,7癸二酸铵、2.5%的硼酸铵、3%的改性聚乙烯醇、2%的甘露糖醇、0.5%的次亚磷酸及0.5%的间苯二酚。
为了制得性能稳定的电解液，具体过程如下：将60%的乙二醇和17.5%的二乙二醇醚充分搅拌混合，并加热到80-100℃，继而在搅拌混合后形成的混合溶液中加入3%的改性聚乙烯醇，充分搅拌之后继续升温到140℃，最后，向上述混合溶液中依次添加8.5%的1,6十二双酸铵盐、5.5%的1,7癸二酸铵、2.5%的硼酸铵2%的甘露糖醇、0.5%的次亚磷酸及0.5%的间苯二酚恒温搅拌0.5-1.5h之后自然冷却，出料待用即可。
实施例二
在本实施例中，按重量百分比计，电解液包括65%的乙二醇、15.5%的二甘醇乙醚、8.5%的1,6十二双酸铵盐、4.5%的1,7癸二酸铵、2.5%的硼酸铵、1.5%的聚甘油、1.5%的改性聚乙烯醇、0.5%的次亚磷酸及0.5%的对硝基苯甲醇。
为了制得性能稳定的电解液，具体过程如下：将65%的乙二醇和15.5%的二甘醇乙醚充分搅拌混合，并加热到80-100℃，继而在搅拌混合后形成的混合溶液中加入1.5%的聚甘油及1.5%的改性聚乙烯醇充分搅拌之后继续升温到140℃，最后，向上述混合溶液中依次加入8.5%的1,6十二双酸铵盐、4.5%的1,7癸二酸铵、2.5%的硼酸铵、0.5%的次亚磷酸及0.5%的对硝基苯甲醇恒温搅拌0.5-1.5h之后自然冷却，出料待用即可。
实施例三
在本实施例中，按重量百分比计，电解液包括59.5%的乙二醇、7.5%的γ-丁内酯、10.5%的二乙二醇单丁醚、8.5%的C16支链脂肪酸铵、4.5%的1,7癸二酸铵、2.5%的硼酸铵、2%的聚乙烯醇、3%的甘露糖醇及0.5%的次亚磷酸。
为了制得性能稳定的电解液，具体过程如下：将59.5%的乙二醇和7.5%的γ-丁内酯及10.5%的二乙二醇单丁醚充分搅拌混合，并加热到80-100℃，继而在搅拌混合后形成的混合溶液中加入2%的聚乙烯醇充分搅拌之后继续升温到140℃，最后，向上述混合溶液中依次加入8.5%的C16支链脂肪酸铵、4.5%的1,7癸二酸铵、2.5%的硼酸铵、3%的甘露糖醇及0.5%的次亚磷酸恒温搅拌0.5-1.5h之后自然冷却，出料待用即可。
实施例四
在本实施例中，按重量百分比计，电解液包括62.5%的乙二醇、15%的二甘醇单丁醚、13%的1,7癸二酸铵、2.5%的硼酸铵、1.5%的改性聚乙烯醇、3%的甘露糖醇、1.5%的烷基磷酸酯及1%的间苯二酚。
为了制得性能稳定的电解液，具体过程如下：将62.5%的乙二醇和15%的二甘醇单丁醚充分搅拌混合，并加热到80-100℃，继而在搅拌混合后形成的混合溶液中加入1.5%的改性聚乙烯醇充分搅拌之后继续升温到140℃，最后，向上述混合溶液中依次加入13%的1,7癸二酸铵、2.5%的硼酸铵、3%的甘露糖醇、1.5%的烷基磷酸酯及1%的间苯二酚恒温搅拌0.5-1.5h之后自然冷却，出料待用即可。
以上各实施例中的配方及其配比详见表一。
表一：对比例1与实施例1-4电解液配方组成
表一续
以上各种配方低温性能比较，包含比较例与实施例1-4的比较，在此之前先说明比较判定的标准：将上述的电解液分别使用在相同工艺制造820uF/450V的铝电解电容器中，在20℃、-25℃、-40℃温度下测试电容各参数，且在105度耐久性试验后，测试电容器各特性参数，详见表二。
表二：使用对比例1、实施例1-4电解液的电解电容器在各温度下的特性参数
由表二可以看到，使用本发明所开发电解液的铝电解电容器在极低温（-40℃）时，容量变化率，DF值，ESR各参数都比比较例有很明显的优势，从而使得使用此类电解液的电容器低温性能得到很大的提升。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种耐低温的铝电解电容的电解液，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：
乙二醇：60-80%，
低温辅助溶剂：15-18%，
溶质：5-16%，
闪火提升剂：1-3%，
稳定剂：0.5-5%，及
消氢剂：0.5-1.5%。
2.根据权利要求1所述的一种耐低温的铝电解电容的电解液，其特征在于，所述辅助溶剂选自二乙二醇己醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚、二甘醇乙醚、二甘醇单丁醚及γ-丁内酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种耐低温的铝电解电容的电解液，其特征在于，所述溶质选自聚合羧酸铵盐、1,7-癸二酸铵、1,6-十二双酸铵盐或C16、C24、C30带支链的双羧酸铵或硼酸铵中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种耐低温的铝电解电容的电解液，其特征在于，所述闪火提升剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷环氧丙酮醚、聚丙烯酸铵、聚甘油、聚合脂肪酸及聚合脂肪酸铵中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种耐低温的铝电解电容的电解液，其特征在于，所述稳定剂选自甘露糖醇、山梨糖醇、次亚磷酸、次亚磷酸铵、木糖醇、聚磷酸、烷基磷酸酯及葡萄糖中的一种或多种进行混合。
6.根据权利要求1所述的一种耐低温的铝电解电容的电解液，其特征在于，所述消氢剂选自对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醇、间苯二酚、对苯二酚或邻硝基茴香醚中的一种。
7.一种制备如权利要求1-6中任一项耐低温的铝电解电容的电解液的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、将乙二醇和低温辅助溶剂充分搅拌混合，并加热到80-100℃；
S200、在步骤S100中的混合液中加入闪火提升剂，充分搅拌之后继续升温到140℃；
S300、在步骤S200中的混合液中相继加入溶质、稳定剂和消氢剂，恒温搅拌0.5-1.5h之后自然冷却，出料待用。
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