CN109103021A - 一种抗4kv雷击的安规铝电解电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗4KV雷击的安规铝电解电容器，包括壳体、以及套装在壳体内的芯包，所述的芯包浸有闪火电压在850V以上的电解液，所述芯包由阳极箔、阴极箔和电解纸重叠并卷绕而成，其中阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，所述电解纸包括内层电解纸和外层电解纸，所述内层电解纸和外层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，内层电解纸和外层电解纸的总厚度为70‑90μm。本发明所述抗4.0KV雷击的安规铝电解电容器，通过对工艺步骤和条件的改进，整体协同，使铝电解电容器抗雷击浪涌冲击能力提升至4.0KV。

Description

一种抗4KV雷击的安规铝电解电容器
技术领域
本发明涉及电解电容器技术领域，尤其是涉及一种抗4KV雷击的安规铝电解电容器。
背景技术
目前，电子类产品已经成为现代生活不可或缺的重要部分，各种类型的电子产品和电子设备大量应用于人们生产和生活的方方面面。其中电网中产生的浪涌会对电子类产品造成冲击干扰，浪涌的形成主要为电力系统开关瞬态及雷击瞬态。故电子类产品的抗雷击安全是电子类产品必须要考虑的因素。铝电解电容器作为电子线路整流后紧跟的第一个滤波元件，是各类电子类产品电源中不可缺少的元器件之一。如果电子类产品遭受浪涌冲击，其输入电压及电流的突变会使整流电压瞬间增大到一个远超出电容器额定电压的值。该瞬间高压冲击很容易造成铝电解电容过压从而导致铝电解电容器发生击穿现象，进而让电源部分失效，使电子类产品不能正常工作，给人们的生产、生活带来不便，更严重时甚至还会引起局部电路燃烧，给大家的财产和生命造成威胁。
CN107195460A公开了一种新型抗雷击的安规铝电解电容器及其制备方法，其芯包浸有闪火电压在490V以上的电解液，所述芯包由阳极箔、阴极箔和电解纸重叠并卷绕而成，其中阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，贯穿封装层设置有与阳极箔钉接的正极导针和与阴极箔钉接的负极导针，所述电解纸包括内层电解纸和外层电解纸，所述内层电解纸位于对应的阴极箔或阳极箔内侧，所述内层电解纸和外层电解纸均采用紧度不小于0.95g/cm3西班牙草材质的电解纸；所述内层电解纸的厚度为50μm，所述外层电解纸的厚度为50μm。本发明有效提高了产品的整体耐电压能力，使得铝电解电容器的耐瞬间高压能力提升至2.2KV，具有抗冲击能力强，安全性能高又能保证寿命的效果。但是该铝电解电容器只能承受2.2KV上述的瞬间高压冲击，是无法承受更高的瞬间高压冲击的。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种抗4KV雷击的安规铝电解电容器。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种抗4KV雷击的安规铝电解电容器，包括壳体、包覆在壳体外侧的胶管、以及套装在壳体内的芯包，所述芯包上方且位于壳体的开口处设有封装层，其特征在于，所述的芯包浸有闪火电压在850V以上的电解液，所述芯包由阳极箔、阴极箔和电解纸重叠并卷绕而成，其中阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，贯穿封装层设置有与阳极箔钉接的正极导针和与阴极箔钉接的负极导针，所述电解纸包括内层电解纸和外层电解纸，所述内层电解纸位于对应的阴极箔或阳极箔内侧，所述内层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，外层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3；所述内层电解纸和外层电解纸的总厚度为70-90μm。
进一步地，所述内层电解纸材质为西班牙草；所述外层电解纸材质为西班牙草。
进一步地，所述电解液包括30%-48%的主溶剂、10%-38%的辅助溶剂、20%-28%的溶质、10%-12%的闪火电压提升剂、和1.2%-2%的其它添加剂，各组分共计100％。
进一步地，所述主溶剂为二甘醇和聚甘油醚，两者的质量比为2:1；所述辅助溶剂为甲氧基聚乙二醇和碳酸乙烯酯，两者的质量比为1:1；所述溶质为壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸，其中，壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸的质量比为1:2:1。
进一步地，所述闪火电压提升剂为硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸，其中，硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸的质量比为4:1:2。
进一步地，所述其它添加剂为对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉，其中对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉的质量比为3:1:2。
本发明还提供上述抗4KV雷击的安规铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤得到：
1) 裁切，裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；
2) 钉绕，透过封装层将正极导针与阳极箔钉接，将负极导针与阴极箔钉接，将电解纸与阴极箔、阳极箔层叠，并与阳极箔和阴极箔一起卷绕成芯包；其中电解纸包括内层电解纸和外层电解纸，内层电解纸位于对应的阴极箔或阳极箔内侧，所述内层电解纸和外层电解纸的紧度一致；
3) 循环式抽真空、加压含浸：将芯包浸入电解液，周期性对其加载负压和正压，使电解液充分浸渍到电解纸上；
4) 组装，将浸渍好的芯包与壳体和封装层组成裸品电容器；
5) 套管，将裸品电容器套上胶管；
6) 老化；
7) 特性测试。
本发明具有如下有益效果：
本发明所述抗4.0KV雷击的安规铝电解电容器，其电解纸采用双层结构，内外层均使用耐高电压冲击能力强及电解液吸附能力强的电解纸，内层电解纸和外层电解纸的总厚度为70-90μm；同时通过合理选用电解液溶剂、溶质以及添加剂，有效提高了电解液的闪火电压及产品的整体耐电压能力，通过对工艺步骤和条件的改进，整体协同，使铝电解电容器抗雷击浪涌冲击能力提升至4.0KV。
具体实施方式
电解液作为铝电解电容器的核心组分，电容器的使用寿命、可靠性以及相应的电气化参数都和电解液息息相关，其性能的优劣直接影响到电容器产品品质的高低。本发明人对电解液的配方进行改进，对电解液中添加的溶质、溶剂、闪火电压提升剂及其它添加剂的组分进行了筛选设计，使得电解液的闪火电压在850V以上。
添加剂在电解液中的用量少，但对电解液的性能改善起着十分重要的作用。不同体系的电解液添加剂所起的作用不相同，同体系同添加剂在不同的配制工艺中所起的作用也不尽相同，因此，添加剂对电解液的影响很微妙、复杂。现有的用于电解液的添加剂种类繁多，本发明人对大量的添加剂进行筛选、优化，从而筛选确定出适合添加在本发明中的添加剂的种类为硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉。本发明选用上述添加剂，并合理调控用量，可形成协同效应，大大改善电解液的性能，使铝电解电容器电解液的闪火电压在850V以上。
经过发明人多次的试验研究，采用本发明特定的电解液，同时在阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，电解纸的总厚度为70-90μm，能显著提高耐雷击浪涌冲击的能力及对电解液的吸附性能力，使电容器既能抗4.0kv雷击浪涌冲击又能保证寿命，在85℃下700VDC恒压可正常负载工作，在85℃浪涌电压750VDC下充30s放330s合计1000次循环无异常，4.0KV雷击浪涌冲击试验顺利通过。
可以理解，本发明的技术效果是各个步骤技术特征协同作用的总和，各步骤之间具有一定的内在相关性，并非单个技术特征效果的简单叠加。本发明通过（1）合理选用电解液溶剂、溶质、闪火电压提升剂及其它添加剂的组分，使得电解液的闪火电压在850V以上；（2）电解纸采用双层结构，所述电解纸的紧度不小于0.95g/cm3；电解纸的总厚度为70-90μm；有效提高铝电解电容器的抗雷击浪涌冲击的能力，更好的满足目前抗高雷击浪涌冲击电压、长寿命的铝电解电容器的要求，本发明产生的上述效果是相互协同所得到的，是不可分割的，产生了1+1远远大于2的效果。
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
一种抗4KV雷击的安规铝电解电容器，其制备方法步骤如下：
1)裁切，裁切阴极箔、阳极箔和电解纸，其中上述电解纸包括内层电解纸和外层电解纸；
2)钉绕，透过封装层将正极导针和负极导针分别与阳极箔和阴极箔钉接，将电解纸、阴极箔、阳极箔层叠成电解纸-阴极箔-电解纸-阳极箔的层状结构，再将该层状结构卷绕成芯包，其中上述电解纸包括内层电解纸和外层电解纸，内层电解纸位于对应的阴极箔或阳极箔一侧；所述内层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，所述内层电解纸材质为西班牙草；所述外层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，所述外层电解纸材质为西班牙草；所述内层电解纸和外层电解纸的总厚度为70-90μm；
3) 循环式抽真空、加压含浸：将芯包浸入电解液，周期性对其加载负压和正压，使电解液充分浸渍到电解纸上；
所述电解液包括40%的主溶剂、25%的辅助溶剂、22.5%的溶质、11%的闪火电压提升剂、和1.5%的其它添加剂，各组分共计100％；其中，所述主溶剂为二甘醇和聚甘油醚，两者的质量比为2:1；所述辅助溶剂为甲氧基聚乙二醇和碳酸乙烯酯，两者的质量比为1:1；所述溶质为壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸，其中，壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸的质量比为1:2:1；所述闪火电压提升剂为硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸，其中，硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸的质量比为4:1:2；所述其它添加剂为对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉，其中对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉的质量比为3:1:2；所述电解液的制备方法为：1)先将主溶剂及辅助溶剂加热至80℃；2) 在上述溶剂中加入溶质；3)将溶液继续加热到145℃；4)加入闪火电压提升剂、和其它添加剂使之完全溶解；5) 自然冷却。
4) 组装，将浸渍好的芯包与壳体和封装层组成裸品电容器；所述封装层为密封胶塞或合成橡胶；
5) 套管，将裸品电容器套上胶管；
6) 老化；
7) 特性测试。
实施例2
本实施例基本与实施1相同，不同的是，本实施例中，所述电解液包括30%的主溶剂、28%的辅助溶剂、28%的溶质、12%的闪火电压提升剂、和2%的其它添加剂，各组分共计100％；其中，所述主溶剂为二甘醇和聚甘油醚，两者的质量比为2:1；所述辅助溶剂为甲氧基聚乙二醇和碳酸乙烯酯，两者的质量比为1:1；所述溶质为壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸，其中，壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸的质量比为1:2:1；所述闪火电压提升剂为硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸，其中，硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸的质量比为4:1:2；所述其它添加剂为对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉，其中对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉的质量比为3:1:2；所述电解液的制备方法为：1)先将主溶剂及辅助溶剂加热至70℃；2)在上述溶剂中加入溶质；3)将溶液继续加热到140℃；4)加入闪火电压提升剂、和其它添加剂使之完全溶解；5) 自然冷却。
实施例3
本实施例基本与实施1相同，不同的是，本实施例中，所述电解液包括48%的主溶剂、20%的辅助溶剂、20.8%的溶质、10%的闪火电压提升剂、和1.2%的其它添加剂，各组分共计100％。
其中，所述主溶剂为二甘醇和聚甘油醚，两者的质量比为2:1；所述辅助溶剂为甲氧基聚乙二醇和碳酸乙烯酯，两者的质量比为1:1；所述溶质为壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸，其中，壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸的质量比为1:2:1；所述闪火电压提升剂为硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸，其中，硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸的质量比为4:1:2；所述其它添加剂为对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉，其中对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉的质量比为3:1:2；所述电解液的制备方法为：1)先将主溶剂及辅助溶剂加热至90℃；2)在上述溶剂中加入溶质；3)将溶液继续加热到155℃；4)加入闪火电压提升剂、和其它添加剂使之完全溶解；5)自然冷却。
对比例1
基本与实施例1相同，不同的是，本对比例中，内层电解纸的厚度为50μm，外层电解纸的厚度为50μm。
对比例2
基本与实施例1相同，不同的是，本对比例中，电解液包括如下重量百分比的成分：己二醇30%-35%、纯水0.7-1.2%、癸二酸铵0.7-1.5%、五鹏酸铵1.5-2.2%、异癸二酸铵5-8%、对硝基苯甲酸0.52-0.70%、次亚磷酸0.9-1.5%、柠檬酸2%、二甘醇2%。
试验例
制作实施例1-3及对比例1-2的铝电解电容器各20个，进行了其初期特性和抗4.0KV 40次雷击浪涌冲击试验。经实验表明，实施例1-3制备的铝电解电容器试验后，其容量(Cap)、损耗角正切值(tanδ)、等效串联电阻(ESR)、阻抗(Z)及漏电流(IL)等测试指标变化相对较小，外观无异常，而对比例1-2中的铝电解电容器的在试验过程中有13pcs出现防爆阀动作，解剖发现电解纸击穿。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗4KV雷击的安规铝电解电容器，包括壳体、包覆在壳体外侧的胶管、以及套装在壳体内的芯包，所述芯包上方且位于壳体的开口处设有封装层，其特征在于，所述的芯包浸有闪火电压在850V以上的电解液，所述芯包由阳极箔、阴极箔和电解纸重叠并卷绕而成，其中阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，贯穿封装层设置有与阳极箔钉接的正极导针和与阴极箔钉接的负极导针，所述电解纸包括内层电解纸和外层电解纸，所述内层电解纸位于对应的阴极箔或阳极箔内侧，所述内层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，外层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3；所述内层电解纸和外层电解纸的总厚度为70-90μm。
2.如权利要求1所述的安规铝电解电容器，其特征在于，所述内层电解纸材质为西班牙草；所述外层电解纸材质为西班牙草。
3.如权利要求1所述的安规铝电解电容器，其特征在于，所述电解液包括30%-48%的主溶剂、10%-38%的辅助溶剂、20%-28%的溶质、10%-12%的闪火电压提升剂、和1.2%-2%的其它添加剂，各组分共计100％。
4.如权利要求3所述的安规铝电解电容器，其特征在于，所述主溶剂为二甘醇和聚甘油醚，两者的质量比为2:1；所述辅助溶剂为甲氧基聚乙二醇和碳酸乙烯酯，两者的质量比为1:1；所述溶质为壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸，其中，壬二酸铵、2,7-二丁基辛二酸和十六烷基二酸的质量比为1:2:1。
5.如权利要求3所述的安规铝电解电容器，其特征在于，所述闪火电压提升剂为硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸，其中，硼酸聚酯凝胶、聚氧丙烯聚甘油醚和柠檬酸的质量比为4:1:2。
6.如权利要求3所述的安规铝电解电容器，其特征在于，所述其它添加剂为对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉，其中对硝基苯甲醇、聚乙二醇磷酸酯和8-羟基喹啉的质量比为3:1:2。
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