CN108766768A - 一种基于微波固化凝胶电解液的电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于微波固化凝胶电解液的电容器，包括外壳和芯包，芯包密封设置在外壳内，芯包上形成有凝胶电解液，凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，溶液体系为在微波加热的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，溶液体系附着在溶液体系上；溶液体系
Description
技术领域
本发明涉及一种电容器，尤其涉及一种基于微波固化凝胶电解液的电容器及其制备方法。
背景技术
铝电解电容器由正负极铝箔铆接导针与电解纸卷绕成芯包，含浸电解液后，通过铝壳与胶塞密封形成，但是传统的铝电解电容器具有以下的缺点：1，卷绕而成的芯包，最后由胶带缠绕，电容器层与层之间存在空隙。2，电解液里一般存在0.5%~50%左右的水分，水分的存在能提高电解液的电导率，使得电容器有较小的esr值。但电容器高温寿命试验过程中，电解液挥发（包括水分）是导致产品失效的主要因素。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种保湿性好，寿命长，能够保持芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密）和电气特性稳定的基于微波固化凝胶电解液的电容器及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于微波固化凝胶电解液
的电容器，包括外壳和芯包，所述芯包密封设置在外壳内，所述芯包上形成有凝胶电解液，
所述凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，溶液体系和溶液体系的体积比例为1:4-
7:1，所述溶液体系为在微波加热的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，所述溶液体
系附着在溶液体系上；所述溶液体系包括80%-95%的聚合单体、1-10%的PVA、1-10%的去
离子水、2%-10%的交联剂和0.1%-5%的热引发剂；所述聚合单体为可开环进行聚合的丙烯酸
及其衍生物。
上述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，优选的，所述聚合单体包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一种或多种。
上述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，优选的，所述交联剂包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一种或多种。
上述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，优选的，所述热引发剂包括过氧化氢、过硫酸盐和氢过氧化物的一种或多种。
上述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，优选的，所述溶液体系包括45%-65%
的主溶剂、15%-25%的辅助溶剂、8-25%的主溶质、2%-5%的副溶质以及0.5%-3%的添加剂；所
述主溶剂包括乙二醇，所述辅助溶剂包括去离子水、甘油、丙三醇、山梨醇、丙二醇和1，4-丁
二醇的一种或多种。
上述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，优选的，所述主溶质包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸铵、癸二酸铵、1,7-癸二酸铵、异癸二酸铵、烷基癸二酸铵、十二双酸铵、2-己基己二酸的一种或多种；所述副溶质包括硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸单丁酯、五硼酸铵、苯二酸、对苯二酸、柠檬酸的一种或多种。
上述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，优选的，所述添加剂包括对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚或对硝基苯甲醇、次亚磷酸铵的一种或多种。
上述的基于微波固化凝胶电解液的电容器的制备方法，包括以下步骤1）裁切，将整卷电极箔与电解纸裁切成预定的宽度；
2）将导针与电极箔铆接在一起，然后电极箔与电解纸层叠卷绕形成芯包；
3）电解液的制备：
3.1）溶液体系的制备，将聚合单体、PVA、去离子水以及交联剂剂混合，在95℃下搅
拌20-200min，
在的混合溶液中加入热引发剂，常温继续搅拌30-40min；
3.2）溶液体系的制备，将主溶剂和辅助溶剂混合并加热到90~120℃，加入主溶质和
副溶质，在110~140℃的温度下保温30~60分钟，冷却到100℃加入添加剂，并冷却至室温；
4）将溶液体系和溶液体系按照1:4-7:1的体积比例混合，常温搅拌1-12h；
5）用真空含浸的方式将芯包含浸步骤4）的溶液；
6）用微波加热的方式将步骤5）的芯包加热聚合30min-5h，所述微波加热的温度为70-100℃；
7）组立套管。
上述的基于微波固化凝胶电解液的电容器的制备方法，优选的，所述溶液体系和
溶液体系的混合比例为1:3，步骤4）中常温搅拌的时间为2h；所述微波加热的时间为1h。
本发明中，常规加热聚合，热量传导至电解液内部需要一定时间，导致聚合反应慢。凝胶电解液在高温环境下时间过长会导致，电解液挥发影响电解液性能。特别是电容器素子含浸凝胶电解液一直含液量比较少，素子长时间处于高温下，电解液挥发严重，加上聚合反应时为放热反应，会导致素子内部温度更高，容易致使凝胶变少，素子变干。微波红外加热，加热时间快，且微波可以穿过电解液直达电解液内部，可以使凝胶电解液直接聚合。
在本发明中，PVA分子主链为碳链，每一个重复单元上含有一个经基，由于羟基尺寸小，极性强，容易形成氢键，其化学性质稳定，具有足够的热稳定性、高度的亲水性和水溶性，同时它还具有良好的成膜性和粘接力。在PVA和PAA（可开环进行聚合的丙烯酸及其衍生物）大分子之间发生-COOH与-OH之间酯化反应形成交联，同时PVA与电解液中的水分子形成氢键，水分不易挥发。聚合后的PVA与PAA的交联结构如下：
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的基于微波固化凝胶电解液的电容器保湿性好，寿命长，能够保持芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密）和电气特性稳定（正负极贴合紧密）。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例
一种基于微波固化凝胶电解液的电容器包括外壳和芯包，芯包密封设置在外壳
内，芯包上形成有凝胶电解液，凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，溶液体系为在微
波加热的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，溶液体系附着在溶液体系上；溶液体
系包括85%的丙烯酸，5%的PVA，5%的去离子水，3%的三乙二醇二甲基丙烯酸酯和2%的过硫
酸铵。溶液体系包括60%的乙二醇，10%的水，15%的甘油，3%的山梨醇，7%的葵二酸铵，2%的
五硼酸铵，2%的对硝基苯甲酸和1%的次亚磷酸铵。
在本实施例中，基于微波固化凝胶电解液的电容器的制备方法包括以下步骤1）裁切，将整卷电极箔与电解纸裁切成预定的宽度；
2）将导针与电极箔铆接在一起，然后电极箔与电解纸层叠卷绕形成芯包；
3）电解液的制备：
3.1）溶液体系的制备，将丙烯酸、PVA、去离子水以及三乙二醇二甲基丙烯酸酯混
合，在95℃下搅拌90min，
在的混合溶液中加入过硫酸铵，常温继续搅拌35min；
3.2）溶液体系的制备，将乙二醇和水、甘油和山梨醇混合并加热到90~120℃，加入葵
二酸铵和五硼酸铵，在110~140℃的温度下保温30~60分钟，冷却到100℃加入对硝基苯甲酸
和次亚磷酸铵，并冷却至室温；
4）将溶液体系和溶液体系按照1:3混合，常温搅拌2h；
5）用真空含浸的方式将芯包含浸步骤4）的溶液；
6）用微波加热的方式将步骤5）的芯包加热聚合1h，所述微波加热的温度为85℃；
7）组立套管。
本实施例的基于微波固化凝胶电解液的电容器保湿性好，寿命长，能够保持芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密）和电气特性稳定。
400V10uF 12.5*20 铝电解电容器，采用常规电解液配方，105℃寿命试验数据如下：
本发明的400V10uF 12.5*20 铝电解电容器，采用本实施例的凝胶电解液配方和方法，105℃寿命试验数据如下：
对比以上两组数据，明显采用本发明凝胶电解液配方，产品在寿命试验中，各项数据皆优。
Claims (9)
1.一种基于微波固化凝胶电解液的电容器，包括外壳和芯包，所述芯包密封设置在外壳内，其特征在于：所述芯包上形成有凝胶电解液，所述凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，溶液体系和溶液体系的体积比例为1:4-7:1，所述溶液体系为在微波加热的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，所述溶液体系附着在溶液体系上；所述溶液体系包括80%-95%的聚合单体、1-10%的PVA、1-10%的去离子水、2%-10%的交联剂和0.1%-5%的热引发剂；所述聚合单体为可开环进行聚合的丙烯酸及其衍生物。
2.根据权利要求1所述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述聚合单体包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述交联剂包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述热引发剂包括过氧化氢、过硫酸盐和氢过氧化物的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述溶液体系包括45%-65%的主溶剂、15%-25%的辅助溶剂、8-25%的主溶质、2%-5%的副溶质以及0.5%-3%的添加剂；所述主溶剂包括乙二醇，所述辅助溶剂包括去离子水、甘油、丙三醇、山梨醇、丙二醇和1，4-丁二醇的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述主溶质包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸铵、癸二酸铵、1,7-癸二酸铵、异癸二酸铵、烷基癸二酸铵、十二双酸铵、2-己基己二酸的一种或多种；所述副溶质包括硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸单丁酯、五硼酸铵、苯二酸、对苯二酸、柠檬酸的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的基于微波固化凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述添加剂包括对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚或对硝基苯甲醇、次亚磷酸铵的一种或多种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于微波固化凝胶电解液的电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤1）裁切，将整卷电极箔与电解纸裁切成预定的宽度；
2）将导针与电极箔铆接在一起，然后电极箔与电解纸层叠卷绕形成芯包；
3）电解液的制备：
3.1）溶液体系的制备，将聚合单体、PVA、去离子水以及交联剂剂混合，在95℃下搅拌20-200min，
在的混合溶液中加入热引发剂，常温继续搅拌30-40min；
3.2）溶液体系的制备，将主溶剂和辅助溶剂混合并加热到90~120℃，加入主溶质和副溶质，在110~140℃的温度下保温30~60分钟，冷却到100℃加入添加剂，并冷却至室温；
4）将溶液体系和溶液体系按照1:4-7:1混合，常温搅拌1-12h；
5）用真空含浸的方式将芯包含浸步骤4）的溶液；
6）用微波加热的方式将步骤5）的芯包加热聚合30min-5h，所述微波加热的温度为70-100℃；
7）组立套管。
9.根据权利要求8所述的基于微波固化凝胶电解液的电容器的制备方法，其特征在于：所述溶液体系和溶液体系的混合比例为1:3，步骤4）中常温搅拌的时间为2h；所述微波加热的时间为1h。
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|---|---|---|---|
| CN201810471999.6A CN108766768A (zh) | 2018-05-17 | 2018-05-17 | 一种基于微波固化凝胶电解液的电容器及其制备方法 |
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-
2018
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