CN109300693B - 一种电解液添加剂及其制备方法和铝电解电容器电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电解液添加剂及其制备方法和铝电解电容器电解液，含β碳原子的醇与有机酸类反应后具备可逆反应特性，能有效阻止溶质劣化，且伴随电容器中电解液不断电解，经过一段时间，电解液pH值逐渐上升；在强碱性条件下，本发明的电解液添加剂发生分解，有机酸再次与碱反应生成溶质，可提升电解液电导率；本发明以乙二醇及去离子水的混合液为溶剂，羧酸铵盐为溶质，仅使用到本发明的电解液添加剂代替传统降低内压剂、闪火电压提升剂、氧化膜形成修复剂及消氢剂，能有效提升电容器使用寿命，在工业高压用铝电解电容器中有着重要意义和作用。
Description
技术领域
本发明涉及电容器电解液添加剂领域，尤其涉及一种电解液添加剂及其制备方法和铝电解电容器电解液。
背景技术
铝电解电容器用电解液在高温高压及纹波电流下溶质会发生酯化、分解、铝箔腐蚀等问题，使得电容器使用寿命具有局限性，而电容器作为电子设备的核心电子元器件，其使用寿命的长短决定电子设备的使用寿命。
为使电容器拥有更长寿命，电容器电解液应用研究者们使用特殊带支链羧酸盐，针对材料的劣化添加了各种添加剂，如降低内压剂，闪火电压提升剂，氧化膜形成修复剂及消氢剂等。虽然在一定程度上延长了电解器使用寿命，但添加剂过多势必对电解液造成黏度增加，从而使离子迁移速度降低，导致酯化反应，不断生成的水使溶质劣化，铝箔腐蚀。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种电解液添加剂及其制备方法和铝电解电容器电解液，能有效阻止电解液发生酯化反应和铝箔腐蚀，有效延长电容器使用寿命。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种电解液添加剂，其分子式如下，
HOCH2(CH3)2CCH2OOCCH(CH2)nCH3(CH2)2m(CH2)nCH3CHCOOCH2C(CH3)2CH2OH
其中，1≤n≤4，2≤m≤6，且n、m为整数。
第二方面，本发明提供了本发明第一方面所述的电解液添加剂的制备方法，所述电解液添加剂由对称性原子结构二元羧酸与对称性原子结构二元醇反应生成。
进一步优选的，包括以下步骤，
在105～125℃的温度条件下，将HOCH2(CH3)2CCH2OH与HOOCCH(CH2)nCH3(CH2)2m(CH2)nCH3CHCOOH按(2～2.5):1摩尔比投入反应器中，恒温搅拌4～5小时，得到电解液添加剂。
第三方面，本发明第一方面所述的电解液添加剂作为降低内压剂、闪火电压提升剂、氧化膜形成修复剂及消氢剂的应用。
第四方面，本发明提供了一种铝电解电容器电解液，以各组分质量百分比之和为100％计，其包括以下重量百分含量的组份，
8％～15％的溶质，2％～8％的本发明第一方面所述的添加剂，余量为溶剂。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述溶质为癸二酸的铵盐，己二酸的铵盐，9～20个碳的带支链的二元羧酸铵盐中的任意一种或几种的组合。
本发明的电解液添加剂及其制备方法和铝电解电容器电解液相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)含β碳原子的醇与有机酸类反应后具备可逆反应特性，能有效阻止溶质劣化，且伴随电容器中电解液不断电解，经过一段时间，电解液pH值逐渐上升；在强碱性条件下，本发明的电解液添加剂发生分解，生成HOCH2(CH3)2CCH2OH与HOOCCH(CH2)nCH3(CH2)2m(CH2)nCH3CHCOOH，有机酸再次与碱反应生成溶质，可提升电解液电导率；
(2)本发明以乙二醇及去离子水的混合液为溶剂，羧酸铵盐为溶质，仅使用到本发明的电解液添加剂代替传统降低内压剂、闪火电压提升剂、氧化膜形成修复剂及消氢剂，能有效提升电容器使用寿命，在工业高压用铝电解电容器中有着重要意义和作用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
为了便于标记，将本发明的电解液添加剂
HOCH2(CH3)2CCH2OOCCH(CH2)nCH3(CH2)2m(CH2)nCH3CHCOOCH2C(CH3)2CH2OH，标记为Anm，n＝1、m＝2时标记为A12，n＝2、m＝3时标记为A23，以此类推。
其中，电解液添加剂的制备方法，包括以下步骤，
在105～125℃的温度条件下，将HOCH2(CH3)2CCH2OH与HOOCCH(CH2)nCH3(CH2)2m(CH2)nCH3CHCOOH按(2～2.5):1摩尔比投入反应器中，恒温搅拌4～5小时，得到电解液添加剂。
比较例1
电解液的配制过程如下：
溶剂采用乙二醇和水的混合液，其中，水的含量占电解液的重量百分比为0.5～2wt％，低于1wt％更佳。本比较例中，水和乙二醇的含量占电解液的重量百分比如表1所示。
溶质选择癸二酸铵盐、己二酸铵盐、9～20个碳的带支链的二元羧酸铵盐中的任意一种或几种的组合。溶质的含量占电解液的重量百分比为10～15wt％。本比较例中，溶质采用己二酸铵、癸二酸铵和9～20个碳的带支链的二元羧酸铵盐，其中，9～20个碳的带支链的二元羧酸铵盐采用武汉海斯普林科技有限公司生产的HS-02产品。本比较例中，溶质各组分含量占电解液的重量百分比如表1所示。
添加剂，本比较例中，采用甘露醇作为闪火电压提升剂、次亚磷酸铵作为防腐蚀剂、对硝基苯乙酮作为消氢剂，各添加剂含量占电解液的重量百分比如表1所示。
比较例2
本比较例的电解液与比较例1基本相同，不同之处在于溶剂中乙二醇的含量不同，如表1所示。
此外，本比较例中，采用甘露醇作为闪火电压提升剂、次亚磷酸铵作为防腐蚀剂、对硝基苯乙酮作为消氢剂，各添加剂含量占电解液的重量百分比如表1所示。
实施例3
电解液的配制过程如下：
溶剂采用乙二醇和水的混合液，其中，水的含量占电解液的重量百分比为0.5～2wt％，低于1wt％更佳。本实施例中，水和乙二醇的含量占电解液的重量百分比如表1所示。
溶质选择癸二酸铵盐、己二酸铵盐、9～20个碳的带支链的二元羧酸铵盐中的任意一种或几种的组合。溶质的含量占电解液的重量百分比为10～15wt％。本比较例中，溶质采用己二酸铵、癸二酸铵和9～20个碳的带支链的二元羧酸铵盐，其中，9～20个碳的带支链的二元羧酸铵盐采用武汉海斯普林科技有限公司生产的HS-02产品。本实施例中，溶质各组分含量占电解液的重量百分比如表1所示。
添加剂，本实施例中，采用A12作为添加剂，即
HOCH2(CH3)2CCH2OOCCHCH2CH3(CH2)4CH2CH3CHCOOCH2C(CH3)2CH2OH，添加量如表1所示。
实施例4
本比较例的电解液与实施例3基本相同，不同之处在于：本实施例中，采用A22作为添加剂，即
HOCH2(CH3)2CCH2OOCCH(CH2)2CH3(CH2)4(CH2)2CH3CHCOOCH2C(CH3)2CH2OH，添加量如表1所示。
实施例5
本比较例的电解液与实施例3基本相同，不同之处在于：本实施例中，采用A24作为添加剂，即
HOCH2(CH3)2CCH2OOCCH(CH2)2CH3(CH2)8(CH2)2CH3CHCOOCH2C(CH3)2CH2OH，添加量如表1所示。
实施例6
本比较例的电解液与实施例3基本相同，不同之处在于：本实施例中，采用A26作为添加剂，即
HOCH2(CH3)2CCH2OOCCH(CH2)2CH3(CH2)12(CH2)2CH3CHCOOCH2C(CH3)2CH2OH，添加量如表1所示。
实施例7
本比较例的电解液与实施例4基本相同，不同之处在于：本实施例中，溶剂、溶质和A22的添加量如表1所示。
实施例8
本比较例的电解液与实施例4基本相同，不同之处在于：本实施例中，溶剂、溶质和A22的添加量如表1所示。
将比较例1和2、实施例3～8得到的电解液在30℃下进行电导率和闪火电压测试，得到表1所示的结果。
表1
由表1可知，比较例1，2和实施例3，4，5，6，7，8中电解液的电导和闪火电压参数满足400V高压用铝电解电容器的应用要求。比较例1和2看出，在溶质质量不变情况下，添加甘露醇,次亚磷酸铵，对硝基苯乙酮，电导率下降13mS/cm，而闪火电压提升23V。比较例2和实施例3，4，5看出常规添加剂更换为特殊添加剂后电导率变化不大，闪火电压随Anm中的n、m值的增大逐渐增大，达到480后变化不大，实施例3，4，5，6看出当n＝2、m＝6时电导率降至2.01mS/cm。
将比较例1，2和实施例3，4，5，6，7，8得到的电解液装入在密闭容器中，并存放在115℃恒温烘箱中分别存放1000小时、2000小时、5000小时后取出，测试各样品的电导率和闪火电压，如表2所示。
表2
由表2可知，比较例1无任何添加剂，2000小时后电解液失效，比较例2添加闪火提升剂、铝箔防腐蚀剂、消氢剂，5000小时后电解液失效。由实施例3，4，5，6，7，8可知，电解液5000小时后仍有电导率和闪火电压。实施例3。6的电解液2000小时后电导率加速下降，5000小时后电导较1000小时损失37.9％和34.6％，闪火电压也加速下降，故选择1≤n≤4，2≤m≤6，且n、m为整数,符合电解液设计要求。
再将全部样品应用在高压用铝电解电容器中，测试铝电解电容器寿命，且电容器在115℃、DC直流368V，纹波有效值32V条件下，所使用高压用铝电解电容器阳极箔，化成电压530VF，测试温度为30℃，如表3所示。
表3
比较例1，2和实施例3，4，5，6，7，8看出，Anm使用在高压电解液中与常用普通添加剂比较有效提高电容器使用寿命。
根据以上比较例及实施例比较情况，本发明以乙二醇及去离子水的混合液为溶剂，羧酸铵盐为溶质，添加剂仅使用到对称性结构稳定的物质Anm，其中1≤n≤4，2≤m≤6，且n、m为整数，代替传统降低内压剂、闪火电压提升剂、氧化膜形成修复剂及消氢剂，能有效提高电容器使用寿命，在工业高压用铝电解电容器中有着重要意义和作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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 (5)
1.一种铝电解电容器电解液添加剂，其特征在于：其分子式如下，
HOCH2(CH3)2CCH2OOCCH(CH2)nCH3(CH2)2m(CH2)nCH3CHCOOCH2C(CH3)2CH2OH
其中，1≤n≤4，2≤m≤6，且n、m为整数。
2.如权利要求1所述的铝电解电容器电解液添加剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
在105～125℃的温度条件下，将HOCH2(CH3)2CCH2OH与HOOCCH(CH2)nCH3(CH2)2m(CH2)nCH3CHCOOH按(2～2.5):1摩尔比投入反应器中，恒温搅拌4～5小时，得到电解液添加剂。
3.如权利要求1所述的铝电解电容器电解液添加剂作为降低内压剂、闪火电压提升剂、氧化膜形成修复剂及消氢剂的应用。
4.一种铝电解电容器电解液，其特征在于：以各组分质量百分比之和为100％计，其包括以下重量百分含量的组份，
8％～15％的溶质，2％～8％的权利要求1所述的添加剂，余量为溶剂。
5.如权利要求4所述的铝电解电容器电解液，其特征在于：所述溶质为癸二酸的铵盐，己二酸的铵盐，9～20个碳的带支链的二元羧酸铵盐中的任意一种或几种的组合。
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