CN109192509B - 一种600v高压耐高温长寿命的铝电解电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种600V高压耐高温长寿命的铝电解电容器及其制造方法，包括如下步骤：1)裁切，裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；所述阳极箔的腐蚀方法为直流腐蚀法；2)钉绕，透过盖体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、阳极箔层叠卷绕成芯包；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，所述内外层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3；3)含浸，将芯包浸入电解液中，采用液压式含浸装置对芯包进行含浸处理，使电解液充分浸渍到电解纸上；其中，所述电解液的闪火电压在650V以上、耐温性能达125℃。本发明的铝电解电容器的使用寿命达125℃，3000小时，耐高压达到600V，可生产小型尺寸的导针型铝电解电容器。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，特别是涉及了一种600V高压耐高温长寿命的铝电解电容器及其制造方法。
背景技术
目前铝电解电容器正朝着长寿命、高CV值、高纹波、低阻抗及宽温化等方向发展。在超高压铝电解电容方面，极少数厂家可以生产600V以上的铝电解电容器，国际市场上铝电解电容器的具最高标称工作电压的产品为Chemi-con公司RHB系列的700V螺丝端子型的产品，国内南通江海公司已标出CD13H型超高压630V螺栓式产品，但该产品属于大尺寸的螺丝型铝电解电容器，只适用于工业变频器、通讯电源和大型工业设备。开关电源和户外LED灯驱动电源需求的铝电解电容器主要是以耐高温、长寿命、耐高压及小型化导针型为主。因此，该产品不适用于开关电源行业。
目前适用于开关电源和户外LED灯驱动电源的超高压导针型电解电容器，在国外、内市面还没有，说明600V超高压电解电容器产品的研究还没成熟，导致目前大多数大功率LED驱动电源产品不得不采用低耐压铝电解电容串联以替代超高耐压产品，此种设计适用于小纹波电流工作电路，且电路总阻抗高，损耗较严重，无疑降低了此类产品的性能稳定性和使用寿命。
目前的铝电解电容器因材料性能及生产工艺的限制，小型铝电解电容器最高可设计125℃500V，在上述户外开关电源类产品上电压达不到客户的设计要求。客户需采用低耐压铝电解电容串联以替代超高耐压电容，无疑降低了此类产品的性能稳定性和使用寿命。
目前该产品市场需求量极大，研究开发125℃600V长寿命电解电容器，增加企业工作岗位、销售收入及当地税收，提高国内电容器行业的技术水平，缩短与国外先进水平的差距，进一步推动我国民族电子元器件行业的发展。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种600V高压耐高温长寿命的铝电解电容器及其制造方法。
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600V高压耐高温长寿命的铝电解电容器的制造方法，包括如下步骤：
1) 裁切，裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；其中，所述阳极箔的腐蚀方法为直流腐蚀法；
2) 钉绕，透过盖体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，所述内层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，所述外层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3；
3)含浸，将芯包浸入电解液中，采用液压式含浸装置对芯包进行含浸处理，使电解液充分浸渍到电解纸上；其中，所述电解液的闪火电压在650V以上、耐温性能达125℃；
4) 组装，将浸渍好的芯包与铝壳和盖体组成裸品电容器；
5) 套管，将裸品电容器套上绝缘套管；
6) 老化；
7) 特性测试。
进一步地，所述阳极箔的耐压为850VF。
进一步地，所述正极导针和负极导针耐压700V以上。
进一步地，所述内层电解纸和外层电解纸的材质为西班牙草。
进一步地，所述电解液的组分按重量百分含量计包括：主溶剂30-55％、辅助溶剂10-25%，溶质15-25％，及添加剂15-21.5％，各组分共计100％。
进一步地，所述主溶剂为乙二醇和丁内酯，两者的质量比为1:2。
进一步地，所述辅助溶剂为甲氧基聚乙二醇和乙二醇甲醚，所述甲氧基聚乙二醇和乙二醇甲醚的质量比为2:3；
进一步地，所述溶质为2-丁基辛二酸、十六烷基二酸和五硼酸铵，所述为2-丁基辛二酸、十六烷基二酸和五硼酸铵的质量比为1:2:1；
进一步地，所述添加剂为聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、聚丙烯酸铵、对硝基苯甲醇、磷钨酸、硼酸酯化物、磷酸单酯，所述聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、聚丙烯酸铵、对硝基苯甲醇、磷钨酸、硼酸酯化物、磷酸单酯的质量比为5:2:4:1:1:1:2。
本发明还提供一种600V高压耐高温长寿命的铝电解电容器，其由上述制造方法制造而成。
发明人在实践中发现，铝电解电容器在120℃的高温下工作，阳极箔极容易发生劣化，导致铝电解电容器提前失效，减少了铝电解电容器的使用寿命。发明人经过研究发现，阳极箔的腐蚀方法采用直流腐蚀法可以防止阳极箔劣化，从而降低容量衰减、漏电流，提高产品寿命。直流腐蚀法上将铝箔作为电源的正极，另一导体作为电源的负极，在盐酸等电解液中施加直流电，选择适当电流密度、溶液浓度、溶液种类和液温等腐蚀参数，形成垂直于表面、大而深、均匀的腐蚀坑，并提高发孔的均匀性和密度，使生产铝电解电容时，减少铝电解电容器在高温下的所产生的质量隐患。本发明对直流腐蚀法的具体工艺不作特别限定，其对本领域技术人员为公知，在此不再赘述。
发明人在实践中发现电解电容器的耐压和阻抗与电解纸的紧度有密切的关系，本发明中，电解纸包括内层电解纸和外层电解纸，内层电解纸和外层电解纸均为高紧度，可以满足铝电解电容器高可靠性、长寿命方面的要求。
现有技术中，含浸时将芯包浸入电解液，周期性对其加载负压和正压。发明人发现，采用本发明特定的电解液和电解纸进行含浸时，采用传统的含浸方法存在含浸不透或含浸时间长的缺点。基于此，发明人经过研究发现，将芯包浸入电解液中，采用液压式含浸装置对芯包进行含浸处理，可以充分含浸，提升含浸效率。
本发明对液压式含浸装置的具体结构不作特别限定，可以采用市售的产品，也可以采用 CN201520018234.9中公开的装置。
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。电解液需要具有优良的电化学特性，不断提供氧离子，修补受损的氧化膜；还必须具有极佳的稳定性，不与组成材料发生反应或发生腐蚀作用。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、及添加剂的组分进行了筛选设计，经过发明人多次的试验研究，发明人出乎意料地发现，采用本发明特定的电解液，即2-丁基辛二酸、十六烷基二酸和五硼酸铵作为溶质，以乙二醇和丁内酯作为主溶剂，以甲氧基聚乙二醇和乙二醇甲醚作为辅助溶剂，以聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、聚丙烯酸铵、对硝基苯甲醇、磷钨酸、硼酸酯化物、磷酸单酯作为添加剂，通过合理调控各组分的添加量，多种组分协同作用，使得电解液的闪火电压在650V以上、耐温性能达125℃。
可以理解的，由于溶剂化效应的存在，该电解液中混合溶剂的选择及使用可有效增加电解液中有关溶质的溶解度，降低电解液的饱和蒸汽压，进而优化电容器的工作性能。
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聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、聚丙烯酸铵、对硝基苯甲醇、磷钨酸、硼酸酯化物、磷酸单酯。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650V以上。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的铝电解电容器，通过合理选用电解液溶剂、溶质以及添加剂，使电解液的闪火电压在650V以上、耐温性能达125℃；电解纸采用双层结构，内层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，所述外层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，所述阳极箔的腐蚀方法为直流腐蚀法；采用液压式含浸装置对芯包进行含浸处理；各工艺相互配合，协同作用，能显著提高铝电解电容器的耐高压、长寿命及耐高温能力，本发明的铝电解电容器的使用寿命达125℃，3000小时，耐高压达到600V，可生产小型尺寸的导针型铝电解电容器，可避免多个中低压电容器串联使用的繁琐的电路设计，降低生产厂家的生产成本，并能减少电路总阻抗，提高电容器总体滤波性能，节约电路空间，有利于整机小型化。
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）阳极箔、导针、电解纸的合理搭配；（2）合理选用电解液溶剂、溶质以及添加剂，（3）采用液压式含浸装置对芯包进行含浸处理，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+1远远大于3的效果。
具体实施方式
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600V高压耐高温长寿命的铝电解电容器的制造方法，步骤如下：
1) 裁切，裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；其中，所述阳极箔的腐蚀方法为直流腐蚀法；所述阳极箔的耐压为850VF；
2) 钉绕，透过盖体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，所述内层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，所述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材质为西班牙草；所述正极导针和负极导针耐压700V以上；
3)含浸，将芯包浸入电解液中，采用液压式含浸装置对芯包进行含浸处理，使电解液充分浸渍到电解纸上；其中，所述电解液的闪火电压在650V以上、耐温性能达125℃；
所述电解液的组分按重量百分含量计包括：主溶剂42％、辅助溶剂18%，溶质20％，及添加剂20％，各组分共计100％；其中，所述主溶剂为乙二醇和丁内酯，两者的质量比为1:2；所述辅助溶剂为甲氧基聚乙二醇和乙二醇甲醚，所述甲氧基聚乙二醇和乙二醇甲醚的质量比为2:3；所述溶质为2-丁基辛二酸、十六烷基二酸和五硼酸铵，所述为2-丁基辛二酸、十六烷基二酸和五硼酸铵的质量比为1:2:1；所述添加剂为聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、聚丙烯酸铵、对硝基苯甲醇、磷钨酸、硼酸酯化物、磷酸单酯，所述聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、聚丙烯酸铵、对硝基苯甲醇、磷钨酸、硼酸酯化物、磷酸单酯的质量比为5:2:4:1:1:1:2；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，将浸渍好的芯包与铝壳和盖体组成裸品电容器；
5) 套管，将裸品电容器套上绝缘套管；
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，所述电解液的组分按重量百分含量计包括：主溶剂35％、辅助溶剂25%，溶质25％，及添加剂15％。
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，所述电解液的组分按重量百分含量计包括：主溶剂55％、辅助溶剂10%，溶质15％，及添加剂20％。
对比例1
基本与实施例1相同，不同的是，本对比例中，将电解液中的2-丁基辛二酸省去。
对比例2
基本与实施例1相同，不同的是，本对比例中，将电解液中的十六烷基二酸省去。
对比例3
基本与实施例1相同，不同的是，本对比例中，将电解液中的五硼酸铵省去。
对比例4
基本与实施例1相同，不同的是，本对比例中，将电解液中的聚氧丙烯聚甘油醚省去。
对比例5
基本与实施例1相同，不同的是，本对比例中，将电解液中的聚丙烯酸铵省去。
试验例
制作实施例1-3及对比例1-5的铝电解电容器20个，进行了其初期特性和寿命试验（125℃、600V叠加纹波电流负载、3000小时）。经实验表明，实施例1-3制备的铝电解电容器在125℃下负荷3000h以后，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，而对比例1-5的测试指标变化较大。
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 (5)
1.一种600V高压耐高温长寿命的铝电解电容器的制造方法，包括如下步骤：
1) 裁切，裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；其中，所述阳极箔的腐蚀方法为直流腐蚀法；
2) 钉绕，透过盖体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，所述内层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3，所述外层电解纸的紧度不小于0.95g/cm3；
3)含浸，将芯包浸入电解液中，采用液压式含浸装置对芯包进行含浸处理，使电解液充分浸渍到电解纸上；其中，所述电解液的闪火电压在650V以上、耐温性能达125℃；所述电解液的组分按重量百分含量计包括：主溶剂30-55％、辅助溶剂10-25%，溶质15-25％，及添加剂15-21.5％，各组分共计100％；所述主溶剂为乙二醇和丁内酯，两者的质量比为1:2；所述辅助溶剂为甲氧基聚乙二醇和乙二醇甲醚，所述甲氧基聚乙二醇和乙二醇甲醚的质量比为2:3；所述溶质为2-丁基辛二酸、十六烷基二酸和五硼酸铵，所述为2-丁基辛二酸、十六烷基二酸和五硼酸铵的质量比为1:2:1；所述添加剂为聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、聚丙烯酸铵、对硝基苯甲醇、磷钨酸、硼酸酯化物、磷酸单酯，所述聚氧丙烯聚甘油醚、柠檬酸、聚丙烯酸铵、对硝基苯甲醇、磷钨酸、硼酸酯化物、磷酸单酯的质量比为5:2:4:1:1:1:2；
4) 组装，将浸渍好的芯包与铝壳和盖体组成裸品电容器；
5) 套管，将裸品电容器套上绝缘套管；
6) 老化；
7) 特性测试。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述阳极箔的耐压为850VF。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述正极导针和负极导针耐压700V以上。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述内层电解纸和外层电解纸的材质为西班牙草。
5.一种600V高压耐高温长寿命的铝电解电容器，其由权利要求1-4任一项所述的制造方法制造而成。
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