CN108281290A - 使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器及其制备方法。所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器由阴极箔、阳极箔、电解纸层叠而成，所述阳极箔两面烧结有铝粉，所述电解纸填充有凝胶电解液。所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法包括烧结、层压折叠、浸泡凝胶电解质、聚合固化、封装等步骤。本发明提供的所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器及其制备方法解决了现有技术的铝电解电容器耐压与比容存在冲突、体积利用率受限，液态电解质存在安全隐患，固态电解质的应用范围小的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电容器领域，具体涉及一种使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器及其制备方法。
背景技术
现有技术的铝电解电容器存在以下缺点：耐压越高的铝电解电容器，比容越小。圆柱形电容器的体积利用率受限。
电解质是铝电解电容器重要的组成之一，包括液态铝电解电容器和固态铝电解电容器两类。液态铝电解电容器所使用的电解质由有机物组成，易燃，不稳定，耐压受限，且散热效果不好，频率特性不好。而固态铝电解电容器由于工作电压低，其应用范围的限制较大。
发明内容
为解决现有技术的铝电解电容器耐压与比容存在冲突、体积利用率受限，液态电解质存在安全隐患，固态电解质的应用范围小的技术问题，本发明提供一种解决上述问题的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器及其制备方法。
一种使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器，由阴极箔、阳极箔、电解纸层叠而成，其中所述阳极箔两面烧结有铝粉，所述电解纸填充有凝胶电解液。
一种使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，包括以下步骤：
步骤1：提供铝箔、电解纸、导箔条；
步骤2：将一部分铝箔作为阴极箔，另一部分铝箔作为阳极箔，所述阴极箔与所述阳极箔以相间的层叠设置，且以电解纸隔开；
所述粉末烧结处理具体包括以下步骤：
步骤2.1：提供球形铝粉、分散剂，二者混合成为铝粉浆；
步骤2.2：所述阳极箔两面涂抹厚度为铝箔厚度的0.5~10倍的所述铝粉浆；
步骤2.3：对涂抹所述铝粉浆后的所述阳极箔在保护性气氛下进行高温真空烧结。
步骤3：通过所述导箔条于所述阳极箔、所述阴极箔引出电极；
步骤4：将上述部件浸入凝胶电解液；
步骤5：取出后吸干表面液体，在合适温度下引发聚合固化；
步骤6：将上述部件通过真空塑封密封在铝塑膜内；
在本发明提供的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法的一种较佳实施例中，采用厚度在10μm到200μm之间的铝箔，采用直径在20nm到50μm之间的球型铝粉。
在本发明提供的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法的一种较佳实施例中，采用有机溶剂或树脂作为分散剂。
在本发明提供的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法的一种较佳实施例中，高温真空烧结的温度为500～659℃，气压为5pa以下。
在本发明提供的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法的一种较佳实施例中，所述步骤4中于真空环境下浸入凝胶电解液，保持5min~20min并重复2~5次。
在本发明提供的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法的一种较佳实施例中，所述步骤5中在温度为65℃~105℃的烘箱内固化20min ~4h。
在本发明提供的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法的一种较佳实施例中，所述步骤4中所述凝胶电解液由20~70%凝胶液、80~30%电解液二者混合而成。
在本发明提供的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法的一种较佳实施例中，所述凝胶液包括85~95%凝胶单体主溶剂、2~20%交联剂、2~5%粘合剂、0.1~10%引发剂；
所述凝胶单体主溶剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸中的一种或多种；
所述交联剂为三甘醇甲基丙烯酸酯；
所述粘合剂为甲基丙烯酸羟乙酯；
所述引发剂包括过硫酸钠，叠氮盐类、过氧化醇类中一种或多种。
在本发明提供的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法的一种较佳实施例中，所述电解液包括45~65%电解液主溶剂、15~25%辅助溶剂、10~30%溶质和0.5~3%闪火电压提升剂；
所述电解液主溶剂包括乙二醇、γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、一缩二乙二醇单丁醚中一种或多种；
所述辅助溶剂包括聚乙二醇200、聚乙二醇400、纳米二氧化硅溶液、甘油、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯中的两种或两种以上；
所述溶质包括癸二酸铵、己二酸铵、己二酸、硼酸、五硼酸铵、壬二酸铵、十二双酸铵、甲酸铵、苯甲酸铵、甘露醇、山梨醇、柠檬酸、乙二胺中的两种或两种以上。
相较于现有技术，本发明提供的所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法具有以下有益效果：
一、所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法中对铝箔表面刷上铝粉后进行烧结，表面球型粉末之间熔接但不变形，由此形成大量空隙孔洞。阳极箔表面的大孔隙的空间结构使得采用这一阳极箔制得的电容器可以获得更大的比容量以及更高的耐压。
同等体积下具有更大的比容量，且叠片式结构本身也具有更好的体积利用率。电容器可以做的更为轻薄，获得更好的散热效率。
二、所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法中通过控制铝粉粒径，形成不同量级大小的孔洞，通过控制不同厚度的浆料层，控制不同厚度的大空隙的空间结构层。调整这两项关键参数，可以使比容量为同等耐压的阳极箔的1.1~3倍。
三、本发明提供的所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法相对普通阳极箔的制备污染很小，不用到强酸强碱，对环境友好。
四、本发明提供的所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法中采用含水量极低的凝胶电解液，聚合固化后性质稳定，阻燃性好，安全性高。同时解决了现有技术中液态电解质的安全风险和固态电解质应用范围较小的问题。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法包括以下步骤：
步骤1：提供厚度为150μm的铝箔、电解纸、导箔条、直径在30μm左右的球型铝粉、聚乙二醇。
步骤2：球形铝粉与聚乙二醇混合为铝粉浆。
步骤3：取部分铝箔作为阳极箔，在其两面均刷上厚度与其大体一致的所述铝粉浆。
步骤4：将刷有所述铝粉浆的所述阳极箔置于烧结炉内，在利用氩气清洗炉内气氛的同时抽真空至气压≤5pa，在温度为620℃的环境下进行烧结，保温6分钟。
步骤5：取部分铝箔作为阴极箔，与烧结后的所述阳极箔以“纸-阴极箔-纸-阳极箔-纸-阴极箔-……”的结构层叠设置。
步骤6：通过导箔条于所述阳极箔、所述阴极箔引出电极；
步骤7：提供聚甲基丙烯酸甲酯、三甘醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、过硫酸钠，按92：3：3：1的比例混合得凝胶液。
步骤8：提供乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、癸二酸铵、己二酸铵、闪火电压提升剂，按63：8：8：10：10：1的比例混合得电解液。
步骤9：所述凝胶液和所述电解液按3：7的比例混合得凝胶电解液，将所述阴极箔、所述阳极箔、以及其他附属组件于气压≤10Kpa的环境下置于所述凝胶电解液内，浸泡6分钟，重复4次。
步骤10：取出后吸干表面液体于90℃烘箱中烘干1小时，使凝胶完全聚合固化。
步骤11：将固化后的组件通过真空塑封密封在铝塑膜内，构成使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器。
实施例2：
所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法包括以下步骤：
步骤1：提供厚度为20μm的铝箔、电解纸、导箔条、直径在0.1μm左右的球型铝粉、聚乙二醇。
步骤2：球形铝粉与聚乙二醇混合为铝粉浆。
步骤3：取部分铝箔作为阳极箔，在其两面均刷上厚度约为其8倍的所述铝粉浆。
步骤4：将刷有所述铝粉浆的所述阳极箔置于烧结炉内，在利用氩气清洗炉内气氛的同时抽真空至气压≤5pa，在温度为580℃的环境下进行烧结，保温4分钟。
步骤5：取部分铝箔作为阴极箔，与烧结后的所述阳极箔以“纸-阴极箔-纸-阳极箔-纸-阴极箔-……”的结构层叠设置。
步骤6：通过导箔条于所述阳极箔、所述阴极箔引出电极；
步骤7：提供聚丙烯酸甲酯、三甘醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、叠氮化钠，按86：4：4：6的比例混合得凝胶液。
步骤8：提供二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、五硼酸铵、壬二酸铵、闪火电压提升剂，按54：10：10：12：12：2的比例混合得电解液。
步骤9：所述凝胶液和所述电解液按6：4的比例混合得凝胶电解液，将所述阴极箔、所述阳极箔、以及其他附属组件于气压≤10Kpa的环境下置于所述凝胶电解液内，浸泡18分钟，重复3次。
步骤10：取出后吸干表面液体于75℃烘箱中烘干3小时，使凝胶完全聚合固化。
步骤11：将固化后的组件通过真空塑封密封在铝塑膜内，构成使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器。
相较于现有技术，本发明提供的所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法具有以下有益效果：
一、所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法中对铝箔表面刷上铝粉后进行烧结，表面球型粉末之间熔接但不变形，由此形成大量空隙孔洞。阳极箔表面的大孔隙的空间结构使得采用这一阳极箔制得的电容器可以获得更大的比容量以及更高的耐压。
同等体积下具有更大的比容量，且叠片式结构本身也具有更好的体积利用率。电容器可以做的更为轻薄，获得更好的散热效率。
二、所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法中通过控制铝粉粒径，形成不同量级大小的孔洞，通过控制不同厚度的浆料层，控制不同厚度的大空隙的空间结构层。调整这两项关键参数，可以使比容量为同等耐压的阳极箔的1.1~3倍。
三、本发明提供的所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法相对普通阳极箔的制备污染很小，不用到强酸强碱，对环境友好。
四、本发明提供的所述使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法中采用含水量极低的凝胶电解液，聚合固化后性质稳定，阻燃性好，安全性高。同时解决了现有技术中液态电解质的安全风险和固态电解质应用范围较小的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器，由阴极箔、阳极箔、电解纸层叠而成，其特征在于：所述阳极箔两面烧结有铝粉，所述电解纸填充有凝胶电解液。
2.一种使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，包括以下步骤：
步骤1：提供铝箔、电解纸、导箔条；
步骤2：将一部分铝箔作为阴极箔，另一部分铝箔作为阳极箔，所述阴极箔与所述阳极箔以相间的层叠设置，且以电解纸隔开；
步骤3：通过所述导箔条于所述阳极箔、所述阴极箔引出电极；
步骤4：将上述部件浸入凝胶电解液；
步骤5：取出后吸干表面液体，在合适温度下引发聚合固化；
步骤6：将上述部件通过真空塑封密封在铝塑膜内；
其特征在于：所述步骤2中，所述阳极箔经过粉末烧结处理后，再以相间的层叠设置；
所述粉末烧结处理具体包括以下步骤：
步骤2.1：提供球形铝粉、分散剂，二者混合成为铝粉浆；
步骤2.2：所述阳极箔两面涂抹厚度为铝箔厚度的0.5~10倍的所述铝粉浆；
步骤2.3：对涂抹所述铝粉浆后的所述阳极箔在保护性气氛下进行高温真空烧结。
3.根据权利要求2所述的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，其特征在于：采用厚度在10μm到200μm之间的铝箔，采用直径在20nm到50μm之间的球型铝粉。
4.根据权利要求2所述的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，其特征在于：采用有机溶剂或树脂作为分散剂。
5.根据权利要求2所述的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，其特征在于：高温真空烧结的温度为500～659℃，气压为5pa以下。
6.根据权利要求2所述的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，其特征在于：所述步骤4中于真空环境下浸入凝胶电解液，保持5min~20min并重复2~5次。
7.根据权利要求2所述的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，其特征在于：所述步骤5中在温度为65℃~105℃的烘箱内固化20min ~4h。
8.根据权利要求2至7任一所述的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，其特征在于：所述步骤4中所述凝胶电解液由20~70%凝胶液、80~30%电解液二者混合而成。
9.根据权利要求8所述的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，其特征在于：所述凝胶液包括85~95%凝胶单体主溶剂、2~20%交联剂、2~5%粘合剂、0.1~10%引发剂；
所述凝胶单体主溶剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸中的一种或多种；
所述交联剂为三甘醇甲基丙烯酸酯；
所述粘合剂为甲基丙烯酸羟乙酯；
所述引发剂包括过硫酸钠，叠氮盐类、过氧化醇类中一种或多种。
10.根据权利要求9所述的使用粉末烧结铝箔的叠片式电容器制备方法，其特征在于：所述电解液包括45~65%电解液主溶剂、15~25%辅助溶剂、10~30%溶质和0.5~3%闪火电压提升剂；
所述电解液主溶剂包括乙二醇、γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、一缩二乙二醇单丁醚中一种或多种；
所述辅助溶剂包括聚乙二醇200、聚乙二醇400、纳米二氧化硅溶液、甘油、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯中的两种或两种以上；
所述溶质包括癸二酸铵、己二酸铵、己二酸、硼酸、五硼酸铵、壬二酸铵、十二双酸铵、甲酸铵、苯甲酸铵、甘露醇、山梨醇、柠檬酸、乙二胺中的两种或两种以上。
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