CN107331515A - 一种固体电解质铝电解电容器的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其包括在正极箔和负极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包的工序，化成修复工序，对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的工序，含浸单体和氧化剂并加热聚合以形成聚合物电解质的工序，安装胶盖及入铝壳工序，老化处理和测试分选工序，其中化成修复工序为：将卷绕成型的芯包浸入水性化成液中进行化成修复处理，同时将芯包的正极箔与化成电源的正极电连接，将芯包的负极箔与化成电源的负极电连接，化成时，同时对芯包的正极箔和负极箔通电，化成修复处理的时间为25~90分钟，且化成修复处理仅进行一次。本发明不仅能够降低电容器的串联等效电阻，而且同批次电容器的ESR值的大小波动幅度小，产品的均一性好。
Description
技术领域
本发明涉及电解电容器技术领域，特别涉及一种固体电解质铝电解电容器的制造工艺。
背景技术
固体电解电容器相比较普通的液体电解电容器，其电性能很突出，具有等效串联电阻(ESR)低、耐纹波电流高、使用寿命长、性能稳定等优点。随着电子产品的不断升级换代，其功能及性能的不断提高，对电容器的高频特性要求也越来越高，人们做出不同的安装方式来实现不同的安装要求，同时还通过各种途径来降低固体电解电容器的等效串联电阻(ESR)，以满足电容器的高频特性。
为了提高固体电解电容器产品的一致性及合格率，中国发明专利公开CN102592849A提出了一种采用多次化成多次碳化工序来制造电容器的工艺，该工艺包括如下步骤：
1)、在正极箔和负极箔之间介入电解纸卷绕成芯包，且负极箔朝外且包住电解纸，再用高温胶带环绕粘紧固定；
2)、将密封用的胶盖安装于芯包上；
3)、将芯包浸入化成液中进行化成修复处理；
4)、将化成修复处理后的芯包进行碳化处理；
5)、将3)和4)的步骤重复2-10次；
6)、芯包再次浸入化成液中进行化成修复处理；
7)、芯包分别放入单体、氧化剂中进行含浸，加热聚合，装入铝壳，封口，老化处理制成产品。
如上可见，该专利方法虽然可以提高电容器产品的一致性，然而，其须采用多次化成和碳化工序，工艺复杂，生产效率低，而且其中碳化是在高温下进行的，能源消耗大，更关键的是，采取这样的工艺生产出来的产品漏电通常较大且耐高温性能不理想，寿命通常在105℃5000小时或125℃3000小时左右。
为了克服上述的难题，本申请人于2013.5.31递交一份专利申请，其授权公告号为CN103295784B，其采用的一种固体电解质铝电解电容器的制造方法，所述制造方法包括在正极箔和负极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包的工序，化成修复工序，含浸单体和氧化剂并加热聚合以形成聚合物电解质的工序，安装胶盖及入铝壳工序，老化处理和测试分选工序，其中：所述化成修复工序是将芯包浸入水性化成液中进行化成修复处理，所述水性化成液为选自己二酸铵、磷酸、磷酸二氢铵、磷酯二氢铵、硼酸、五硼酸铵中的一种或多种的组合的水溶液，化成修复处理的时间为25～90分钟，化成修复处理仅进行一次。
然而，采用该专利的制造方法所得出的电容器产品的ESR串联等效电阻值变大，而且ESR值的大小波动较大，产品均一性不好，不良率较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其不仅能够降低电容器的串联等效电阻，而且同批次电容器的ESR值的大小波动幅度小，产品的均一性好，降低不良率。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：
一种固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其包括在正极箔和负极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包的工序，化成修复工序，含浸单体和氧化剂并加热聚合以形成聚合物电解质的工序，安装胶盖及入铝壳工序，老化处理和测试分选工序，其中化成修复工序为：将卷绕成型的芯包浸入水性化成液中进行化成修复处理，同时将芯包的正极箔与化成电源的正极电连接，将芯包的负极箔与化成电源的负极电连接，化成时，同时对芯包的正极箔和负极箔通电，化成修复处理的时间为25～90分钟，且化成修复处理仅进行一次；制造工艺还包括在化成修复工序之后、形成聚合物电解质的工序之前，对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的工序，其中去离子水的电阻率不小于5MΩ，水温为20℃～100℃；干燥在温度110～150℃下进行1～3小时；电容器的直径为13mm以下，高度为16mm以下。
优选地，芯包竖直设置在水性化成液中，且水性化成液的液位与芯包的上沿齐平。
进一步的，多个芯包划分成多个芯包排，且每相邻的两个芯包排上的芯包相错开设置。
根据本发明的一个具体实施和优选方面，含浸单体为：将芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，该单体为噻吩类物质，且进行单体含浸时，芯包的至少1/3高度处于含浸液面以下。
优选地，含浸氧化剂为：芯包置于盛装氧化剂的含浸槽内，先进行2～10分钟的常压含浸，再进行1～4分钟的真空含浸，再进行2～10分钟的加压含浸，其中，氧化剂为对甲苯磺酸或对甲苯磺酸盐，常压含浸是指将内为常压的芯包直接浸渍于氧化剂中，真空含浸是指先将芯包内部抽真空至真空度为70～100KPa，然后再浸渍于氧化剂中；加压含浸是指向芯包内部通入压缩空气至压力为2～4atm，然后再浸渍于氧化剂中。
优选地，聚合步骤采取两段式聚合方式：首先在温度20℃～60℃下进行低温聚合，低温聚合时间为2～24小时；然后在温度80℃～200℃下进行高温聚合，聚合时间为0.5～4小时。
根据本发明的又一个具体实施和优选方面，铝壳的外壁上覆设有厚度为5μm-150μm的绝缘层或者包覆有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材质或聚乙烯(PE)材质的胶管，其中绝缘层的材质为涤纶、环氧树脂或聚乙烯树脂。
优选地，水性化成液为磷酸系化成液、硼酸系化成液或己二酸铵系化成液。
优选地，胶盖选用耐高温材料，如硫化丁基橡胶或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
具体的，选自己二酸铵、磷酸、磷酸二氢铵、磷酯二氢铵、硼酸、五硼酸铵中的一种或多种的组合的水溶液。
此外，电解纸由三层无纺布构成，其中上层和下层分别为厚度10～30μm的涤纶纺粘无纺布；中间层为厚度10～40μm的PET无纺布，构成所述涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成所述PET无纺布的PET纤维的平均直径为0.5～2.0μm。
由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明不仅能够降低电容器的串联等效电阻，而且同批次电容器的ESR值的大小波动幅度小，产品的均一性好。
附图说明
图1为实施例1中电容器的剖视示意图；
图2为图1中芯包的结构示意图；
图3为实施例1中电解纸的结构示意图；
图4为实施例2和3中电容器处于化成步骤中的局部示意图；
图5为图4中每个芯包排和夹具的结构示意图；
图6为对比例1和2中电容器处于化成步骤中的局部示意图；
其中：1、正极连接端子；2、负极连接端子；3、胶盖；4、铝壳；5、芯包；50、正极箔；51、负极箔；52、电解纸；c1、上层；c2、中层；c3、下层6、绝缘层；7、化成槽；8、夹具；9、化成电源。
具体实施方式
本发明旨在通过对电容器的制造方法进行改进，以实现电容器产品小型化(具体的，电容器的直径为13mm以下，高度为16mm以下)以及降低产品的串联等效(ESR)，提高产品的抗纹波能力。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参阅图1至图3，本实施例提供的电容器，其包括正极连接端子1、负极连接端子2、胶盖3、铝壳4以及芯包5。芯包5由正极箔50、负极箔51、电解纸52以及聚合物电解质构成。正极箔50的上端铆接正极连接端子1，负极箔51的上端铆接负极连接端子2。此外，在铝壳4的外壁上覆设的绝缘层6为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材质的胶管。
本例中，电解纸52，其由三层无纺布复合而成，其中上层c1和下层c3分别为厚度约20μm的涤纶纺粘无纺布；中间层c2为厚度25μm的PET无纺布，构成涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成PET无纺布的PET纤维的平均直径为0.5～2.0μm。
实施例2
本实施例提供一种50V100μF 8*16mm壳号电容器产品的制造方法，其包括依次进行的如下步骤(结合附图4和5)：
(1)、采用化成电压为105VF的正极箔，采用电容量无穷大的负极箔，在正极箔和负极箔之间介入实施例1提供的电解纸52并卷绕成理论容量为110μF的芯包；
(2)、将上述芯包5竖立放置在化成槽7内，正极连接端子1和负极连接端子2分别朝上设置，多个芯包5划分为多个芯包排，每相邻的两个芯包排上的芯包5相错开设置；然后通过夹具8分别将每个芯包排的多个正极连接端子1和多个负极连接端子2相串接，接着将每个夹具相串接的正极连接端子1与化成电源9的正极电连接、相串接的负极连接端子2与化成电源9的负极电连接，然后向化成槽7内添加化成液(10wt％磷酸二氢铵溶液)，使得化成槽7内的化成液淹没芯包5，浸渍10分钟，然后，同时对每个夹具上相串接的多个正极连接端子1和多个负极连接端子2进行通电，在化成电压为105V的条件下，化成时间为40分钟，且化成修复处理仅进行一次；
(3)、对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的工序，其中去离子水的电阻率不小于5MΩ，水温为75℃；干燥在温度125±5℃下进行2小时；
(4)、对芯包进行单体含浸，含浸时间2分钟，具体的，将芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，该单体为噻吩类物质，且进行单体含浸时，芯包的至少1/3高度处于含浸液面以下；
(5)、将单体含浸后的芯包在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时，接着将芯包再放入盛装氧化剂的槽内进行含浸，具体含浸的方法是：先将内部为常压的芯包含浸于氧化剂中2分钟，再脱离氧化剂，抽真空至真空度90KPa以下，保持2min，时间到后放气于常压，再在常压下含浸2分钟，时间到完成含浸。
(6)、对含浸好的芯包进行两段式聚合：
首先，低温聚合，聚合温度50℃±10℃，聚合时间200±10分钟；
其次，高温聚合，聚合温度150℃±10℃，聚合时间100±10分钟；
(7)、将芯包装入尺寸为8*16.1mm的铝壳，用7.3*3.5mm橡胶盖进行封口，胶盖选用耐高温材料，如硫化丁基橡胶；封口后在铝壳的外壁套上聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材质的胶管，厚度100μm左右，加热使胶管收缩。
(8)、分段式老化处理和分选测试：以25V电压施加20分钟，再以50V电压施加20分钟，最后以60V电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10PCS进行测试。结果参见表1。
表1
对比例1
本实施例提供一种50V100μF 8*16mm壳号电容器产品的制造方法，其包括依次进行的如下步骤(结合附图6)：
(1)、采用化成电压为105VF的正极箔，采用电容量无穷大的负极箔，在正极箔和负极箔之间介入实施例1提供的电解纸并卷绕成理论容量为110μF的芯包；
(2)、将上述芯包5竖立放置在化成槽7内，正极连接端子1和负极连接端子2分别朝上设置，多个芯包5划分为多个芯包排，每相邻的两个芯包排上的芯包5相错开设置；然后通过夹具8每个芯包排的正极连接端子1相串接，接着将每个夹具相串接的正极连接端子1与化成电源9相连通，然后向化成槽7内添加化成液(10wt％磷酸二氢铵溶液)，使得化成槽7内的化成液淹没芯包5，浸渍10分钟，然后，同时对每个夹具上相串接的多个正极连接端子1进行通电，在化成电压为105V的条件下，化成时间为35分钟，且化成修复处理仅进行一次，即完成对正极箔表面的氧化膜层进行修复；
(3)、将芯包放入温度125℃±10℃的烘箱中，干燥25分钟；
(4)、对芯包进行单体含浸，含浸时间2分钟，完毕后，除去溶剂；
(5)、将芯包含浸氧化剂，含浸的方法是先将内部为常压的芯包含浸于氧化剂中2分钟，再脱离氧化剂，抽真空至真空度90KPa以下，保持2min，时间到后放气于常压，再在常压下含浸2分钟，时间到完成含浸。
(6)、对含浸好的芯包进行两段式聚合：
首先，低温聚合，聚合温度50℃±10℃，聚合时间200±10分钟；
其次，高温聚合，聚合温度150℃±10℃，聚合时间100±10分钟；
(7)、将芯包装入尺寸为8*16.1mm的铝壳，用7.3*3.5mm橡胶盖进行封口；
(8)、分段式老化处理和分选测试：以25V电压施加20分钟，再以50V电压施加20分钟，最后以60V电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10PCS进行测试。结果参见表2。
表2
因此，由实施例2与对比例1进行比较，显然得出，实施例2中的电容器产品在ESR125℃5000小时后测试值更小，同时值大小的变动幅度也小，产品的均一性更好。
实施例3
本实施例提供一种25V330μF 10*16mm壳号电容器产品的制造方法，其包括依次进行的如下步骤(结合附图4和5)：
(1)、采用化成电压为52VF的正极箔，采用电容量无穷大的负极箔，在正极箔和负极箔之间介入实施例1提供的电解纸并卷绕成理论容量为366μF的芯包；
(2)、将芯包5竖立放置在化成槽7内，正极连接端子1和负极连接端子2分别朝上设置，多个芯包5划分为多个芯包排，每相邻的两个芯包排上的芯包5相错开设置；然后通过夹具8分别将每个芯包排的多个正极连接端子1和多个负极连接端子2相串接，接着将每个夹具相串接的正极连接端子1与化成电源9的正极电连接、相串接的负极连接端子2与化成电源9的负极电连接，然后向化成槽7内添加化成液(10wt％己二酸铵水溶液)，使得化成槽7内的化成液淹没芯包5，浸渍10分钟，然后，同时对每个夹具上相串接的多个正极连接端子1和多个负极连接端子2进行通电，在化成电压为52V的条件下，化成时间为40分钟，且化成修复处理仅进行一次；
(3)、对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的工序，其中去离子水的电阻率不小于5MΩ，水温为80℃；干燥在温度120±5℃下进行2小时；
(4)、对芯包进行单体含浸，含浸时间3分钟，具体的，将芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，该单体为噻吩类物质，且进行单体含浸时，芯包的至少1/3高度处于含浸液面以下；
(5)、将单体含浸后的芯包在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时，接着将芯包再放入盛装氧化剂的槽内进行含浸，含浸的方法是先将内部为常压的芯包含浸于氧化剂中3分钟，再脱离氧化剂，抽真空至真空度90KPa以下，保持2min，时间到后放气于常压，再在常压下含浸3分钟，时间到完成含浸；
(6)、对含浸好的芯包进行两段式聚合：
首先，低温聚合，聚合温度50℃±10℃，聚合时间200±10分钟；
其次，高温聚合，聚合温度150℃±10℃，聚合时间100±10分钟；
(7)、将芯包装入尺寸为10*16.2mm的铝壳，用9.2*4.0mm橡胶盖进行封口，胶盖选用耐高温材料，如硫化丁基橡胶；封口后在铝壳的外壁套上聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材质的胶管，厚度100μm左右，加热使胶管收缩。
(8)、分段式老化处理和分选测试：以12.5V电压施加20分钟，再以25V电压施加20分钟，30V电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10PCS进行测试。结果参见表3。
表3
对比例2
本实施例提供一种25V330μF 10*16mm壳号电容器产品的制造方法，其包括依次进行的如下步骤(结合附图6)：
(1)、采用化成电压为52VF的正极箔，采用电容量无穷大的负极箔，在正极箔和负极箔之间介入实施例1提供的电解纸并卷绕成理论容量为366μF的芯包；
(2)、将芯包5竖立放置在化成槽7内，正极连接端子1和负极连接端子2分别朝上设置，多个芯包5划分为多个芯包排，每相邻的两个芯包排上的芯包5相错开设置；然后通过夹具8每个芯包排的正极连接端子1相串接，接着将每个夹具相串接的正极连接端子1与化成电源9相连通，然后向化成槽7内添加化成液(10wt％己二酸铵水溶液)，使得化成槽7内的化成液淹没芯包5，浸渍10分钟，然后，同时对每个夹具8上相串接的多个正极连接端子1进行通电，在化成电压为52V的条件下，化成时间为35分钟，且化成修复处理仅进行一次，即完成对正极箔表面的氧化膜层进行修复；
(3)、将芯包放入温度125℃±10℃的烘箱中，干燥25分钟；
(4)、对芯包进行单体含浸，含浸时间2分钟，完毕后，除去溶剂；
(5)、将芯包含浸氧化剂，含浸的方法是是先将内部为常压的芯包含浸于氧化剂中3分钟，再脱离氧化剂，抽真空至真空度90KPa以下，保持2min，时间到后放气于常压，再在常压下含浸3分钟，时间到完成含浸；
(6)、对含浸好的芯包进行两段式聚合：
首先，低温聚合，聚合温度50℃±10℃，聚合时间200±10分钟；
其次，高温聚合，聚合温度150℃±10℃，聚合时间100±10分钟；
(7)、将芯包装入尺寸为10*16.2mm的铝壳，用9.2*4.0mm橡胶盖进行封口；
(8)、分段式老化处理和分选测试：以12.5V电压施加20分钟，再以25V电压施加20分钟，30V电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10PCS进行测试。结果参见表4。
表4
因此，由实施例3与对比例2进行比较，显然得出，实施例3中的电容器产品在ESR125℃5000小时后测试值更小，同时值大小的变动幅度也小，产品的均一性更好。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但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 (10)
1.一种固体电解质铝电解电容器的制造工艺，所述制造方法包括在正极箔和负极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包的工序，化成修复工序，含浸单体和氧化剂并加热聚合以形成聚合物电解质的工序，安装胶盖及入铝壳工序，老化处理和测试分选工序，其特征在于：所述化成修复工序为：将卷绕成型的芯包浸入水性化成液中进行化成修复处理，同时将芯包的正极箔与化成电源的正极电连接，将芯包的负极箔与化成电源的负极电连接，化成时，同时对芯包的正极箔和负极箔通电，化成修复处理的时间为25~90分钟，且化成修复处理仅进行一次；
所述制造工艺还包括在化成修复工序之后、形成聚合物电解质的工序之前，对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的工序，其中去离子水的电阻率不小于5MΩ，水温为20℃～100℃；干燥在温度110～150℃下进行1～3小时；
所述电容器的直径为13mm以下，高度为16mm以下。
2.根据权利要求1所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：所述的芯包竖直设置在水性化成液中，且水性化成液的液位与芯包的上沿齐平。
3.根据权利要求2所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：多个芯包划分成多个芯包排，且每相邻的两个芯包排上的芯包相错开设置。
4.根据权利要求1所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：所述含浸单体为：将芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，所述单体为噻吩类物质，且进行单体含浸时，芯包的至少1/3高度处于含浸液面以下。
5.根据权利要求1所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：所述含浸氧化剂为：芯包置于盛装氧化剂的含浸槽内，先进行2～10分钟的常压含浸，再进行1～4分钟的真空含浸，再进行2～10分钟的加压含浸，其中，所述氧化剂为对甲苯磺酸或对甲苯磺酸盐，所述常压含浸是指将内为常压的芯包直接浸渍于氧化剂中，所述真空含浸是指先将芯包内部抽真空至真空度为70～100KPa，然后再浸渍于氧化剂中；所述加压含浸是指向芯包内部通入压缩空气至压力为2～4atm，然后再浸渍于氧化剂中。
6.根据权利要求1所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：所述的形成聚合物电解质的工序中的聚合步骤采取两段式聚合方式：首先在温度20℃~60℃下进行低温聚合，低温聚合时间为2~24小时；然后在温度80℃~200℃下进行高温聚合，聚合时间为0.5~4小时。
7.根据权利要求1所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：所述铝壳的外壁上覆设有厚度为5μm ~150μm的绝缘层或者包覆有聚对苯二甲酸乙二酯（PET）材质或聚乙烯（PE）材质的胶管，其中所述绝缘层的材质为涤纶、环氧树脂或聚乙烯树脂。
8.根据权利要求1所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：所述的老化处理实施如下：以额定电压的0.5倍，1倍，1.2倍分别对电容器施加电压进行老化处理，老化温度为85℃~150℃，老化时间为30~150分钟。
9.根据权利要求1所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：所述水性化成液为磷酸系化成液、硼酸系化成液或己二酸铵系化成液。
10.根据权利要求1所述的固体电解质铝电解电容器的制造工艺，其特征在于：所述的电解纸由三层无纺布构成，其中上层和下层分别为厚度10~30μm的涤纶纺粘无纺布；中间层为厚度10~40μm的PET无纺布，构成所述涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10~20μm，构成所述PET无纺布的PET纤维的平均直径为0.5~2.0μm。
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