CN109448994B - 一种贴片式铝电解电容器 - Google Patents

一种贴片式铝电解电容器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种贴片式铝电解电容器，包括设置有开口的壳体，所述壳体内设置有芯包，所述芯包浸有电解液，所述芯包包括层叠的阴极箔和阳极箔，阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，所述电解液的闪火电压在300V以上、耐温性能达125℃；所述电解纸的紧度不小于0.60g/cm3；所述阳极箔和阴极箔采用具有高立方结构的铝箔，立方结构的含量为80%以上。本发明中，电解液既能保证了闪火电压又获得较高的电导率，可以提升电容器的耐压、耐高温能力，减少电解液高温工作时挥发速度，降低饱和蒸汽压，进而提升铝电解电容器的耐高压及耐高温的能力，有效降低了电容器被击穿的几率，提高了产品的稳定性和可靠性。

Description

一种贴片式铝电解电容器
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，特别是涉及了一种贴片式铝电解电容器。
背景技术
铝电解电容器包括引线式电容器与贴片式电容器。引线式电容有两根笔直的引脚，其优势在于工艺设备均较为成熟，其工作电压范围从4V到450V，甚至到 500V、550V和600V，其不足之处在于：电容器所占用的空间体积较大，且只能采用人工插装的安装方式再通过波峰焊或人工焊接完成整机的组装，无法实现自动化安装，生产效率低下。在电子设备体积越来越小、自动化要求越来越高的情况下，传统的引线式电容器的应用也将逐步被贴片式电解电容所替代，贴片电解电容越来越多地被应用于各种电子设备中。
但是，现有的贴片式铝电解电容器在耐高压、耐高温及使用寿命上仍然难以满足需求。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种贴片式铝电解电容器。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种贴片式铝电解电容器，包括设置有开口的壳体和用于密封所述开口的盖体，所述壳体内设置有芯包，所述芯包浸有电解液，所述芯包包括层叠的阴极箔和阳极箔，阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，贯穿盖体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；所述正极导针、负极导针靠近芯包一端的根部打扁后为扁平状；所述电解液的闪火电压在300V以上、耐温性能达125℃；所述电解纸的紧度不小于0.60g/cm3；所述阳极箔和阴极箔采用具有高立方结构的铝箔，立方结构的含量为80%以上。
进一步地，所述阳极箔和阴极箔具有高立方结构，立方结构的含量为90%以上。
进一步地，所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：10%-25%，添加剂3%-10%，余量为溶剂；所述溶质为带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物，所述添加剂为聚乙烯醇的酯化物，所述溶剂为乙二醇和γ-羟基丁酸内酯。
进一步地，所述带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物的质量比为6:1；所述乙二醇和γ-羟基丁酸内酯的质量比为4:1。
进一步地，所述电解纸采用马尼拉麻和西班牙草构成的双层复合纸。
进一步地，所述芯包含浸电解液后与所述壳体、盖体之间组装的时间控制在3h以内；所述壳体与芯包之间设有空隙。
进一步地，所述芯包的直径不大于10mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的12%。
进一步地，所述芯包的直径大于10mm且小于16mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的15%。
本发明具有如下有益效果：
本发明中，采用带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物作为溶质，采用聚乙烯醇的酯化物为添加剂，采用乙二醇和γ-羟基丁酸内酯作为溶剂，省去了常规添加的抗水合剂、消氢剂等添加剂；各组分相互配合，协同作用，既能保证了闪火电压又获得较高的电导率，减少电解液高温工作时挥发速度，降低饱和蒸汽压，进而提升铝电解电容器的耐高压及耐高温的能力，有效降低了电容器被击穿的几率，提高了产品的稳定性和可靠性。
本发明中，所述阳极箔和阴极箔采用具有高立方结构的铝箔，立方结构的含量为80%以上，能更有效地利用其实际电极面积，提高起始腐蚀点数，机械强度及介质氧化膜的性能，保证产品性能方面的优势。
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。贴片式铝电解电容器的电解液主要由溶质、溶剂和添加剂组成。
目前，为了使工作电解液具有较高的电导率，常选用带支链的长碳链羧酸铵盐为溶质，但是发明人在实践中发现，为了使电解液获得足够高的电导率，需要使溶质的含量增加，但溶质含量的增加会造成溶解氧的浓度偏高，而在电容器密封后多余的溶解氧不但对修补氧化膜无益，反而会降低电解液的闪火电压，引起阳极箔的氧化腐蚀。发明人经过大量研究发现，以带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物复配作为电解液的溶质，可以降低电解液的饱和蒸气压，进一步提高工作电解液的闪火电压，同时在低电阻率与中高压闪火电压之间达到一个平衡点，可获得高的闪火电压和较低的电阻率，提高产品的高温稳定性，可以有效抑制阳极箔的腐蚀，延长电容器的寿命。
需要说明的是，带支链的长碳链羧酸铵盐中，长碳链的碳链长度为24个碳原子以上，支链为具有一个或多个烷基支链。
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。目前，在添加剂方面，常选用磷酸及其盐类为抗水合剂，间苯二酚、对硝基苯甲酸等为消氢剂，添加少量液氨调节电解液PH值，但选用上述添加剂时，电容器产品在老练和产品耐久性试验时会发生击穿现象。为此，发明人进行大量研究，创造性地省去现有常规添加的抗水合剂、消氢剂等添加剂，仅以聚乙烯醇的酯化物作为添加剂，聚乙烯醇的酯化物形成长链三元结构，有很强的阻燃作用，可以消耗闪火产生的能量，有效降低了电容器被击穿的几率，提高了产品的稳定性和可靠性。
γ-羟基丁酸内酯是无色液体，具有高溶解能力，沸点高，冰点低；其反应性能好，热碱中可产生可逆性水解，电导率高，稳定性好，可溶解各种有机和无机化合物，良好的反应性能使其发生一系列开环和不开环的化学反应，当溶液的ph 回到中性时其又生成内酯，其稳定的溶解性和电解性，使其可作为高电导率的特殊溶剂用于铝电解电容器电解液上。而且γ-羟基丁酸内酯对马尼拉麻系纸的浸润性较好，其较高的电导率优越性能够得以充分发挥，对于降低电容器的阻抗和损耗角正切值十分有益，使电解电容器的寿命时间得到很大的提升。
本发明中，采用带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物作为溶质，采用聚乙烯醇的酯化物为添加剂，采用乙二醇和γ-羟基丁酸内酯作为溶剂，各组分相互配合，协同作用，既能保证了闪火电压又获得较高的电导率，减少电解液高温工作时挥发速度，降低饱和蒸汽压，进而提升铝电解电容器的耐高压及耐高温的能力及保证寿命。
本发明中，电解纸采用马尼拉麻和西班牙草构成的双层复合纸，这样可以减少电解纸的用量，也可以增加芯包的空间率，从而提高产品寿命。
所述芯包含浸后与所述壳体、盖体之间组装的时间控制在3h以内。本发明控制芯包含浸后的组装时间，优选地，组装时间控制在3小时内，防止芯包暴露在大环境中吸收空气中的水分，破坏电解液的稳定性；防止高温工作时因水分挥发使得电容器内部饱和蒸汽压增大而导致防爆阀鼓起。
所述壳体与芯包之间设有空隙。优选地，所述芯包的直径不大于10mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的12%；所述芯包的直径大于10mm且小于16mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的15%。本发明根据芯包的直径调控空隙的体积，使得高温时电容器内部饱和蒸汽压下降，防止因高温时使电容器内部饱和蒸汽压增大而导致的防爆阀鼓起。
本发明中，所述阳极箔和阴极箔采用具有高立方结构的铝箔，立方结构的含量为80%以上，能更有效地利用其实际电极面积，提高起始腐蚀点数，机械强度及介质氧化膜的性能，保证产品性能方面的优势。
迄今为止，用于蚀刻的铝箔具有随机的立方结构。这种箔可以称之为“非立方的”箔，其中的立方结构少于25%。当立方结构量超过50%时，这种铝箔将被归入高立方结构之列。本发明优先采用具有高立方结构的铝箔，其立方结构远远大于50%，而不使用较低立方结构的铝箔。
需要说明的是，本发明中所使用的立方结构具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义，立方结构的含量采用本领域通常采用的方法进行测量。
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、及其它添加剂的组分；（2）电解纸采用双层结构，所述电解纸的紧度不小于0.60g/cm3；（3）所述阳极箔和阴极箔具有高立方结构，立方结构为80%以上；有效提高贴片式铝电解电容器的性能，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。
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
一种贴片式铝电解电容器，包括设置有开口的壳体和用于密封所述开口的盖体，所述壳体内设置有芯包，所述芯包浸有电解液，所述芯包包括层叠的阴极箔和阳极箔，阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，贯穿盖体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；所述正极导针、负极导针靠近芯包一端的根部打扁后为扁平状。
所述电解液的闪火电压在300V以上、耐温性能达125℃；所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：19%，添加剂7%，余量为溶剂；所述溶质为带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物，所述带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物的质量比为6:1；所述添加剂为聚乙烯醇的酯化物，所述溶剂为乙二醇和γ-羟基丁酸内酯；所述乙二醇和γ-羟基丁酸内酯的质量比为4:1。
所述电解纸的紧度不小于0.60g/cm3；所述电解纸采用马尼拉麻和西班牙草构成的双层复合纸。
所述阳极箔和阴极箔采用具有高立方结构的铝箔，立方结构的含量为80%以上。
所述芯包含浸电解液后与所述壳体、盖体之间组装的时间控制在3h以内；所述壳体与芯包之间设有空隙。
所述芯包的直径不大于10mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的12%。
实施例2
一种贴片式铝电解电容器，包括设置有开口的壳体和用于密封所述开口的盖体，所述壳体内设置有芯包，所述芯包浸有电解液，所述芯包包括层叠的阴极箔和阳极箔，阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，贯穿盖体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；所述正极导针、负极导针靠近芯包一端的根部打扁后为扁平状。
所述电解液的闪火电压在300V以上、耐温性能达125℃；所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：10%，添加剂3%，余量为溶剂；所述溶质为带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物，所述带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物的质量比为6:1；所述添加剂为聚乙烯醇的酯化物，所述溶剂为乙二醇和γ-羟基丁酸内酯；所述乙二醇和γ-羟基丁酸内酯的质量比为4:1。
所述电解纸的紧度不小于0.60g/cm3；所述电解纸采用马尼拉麻和西班牙草构成的双层复合纸。
所述阳极箔和阴极箔采用具有高立方结构的铝箔，立方结构的含量为90%以上。
所述芯包含浸电解液后与所述壳体、盖体之间组装的时间控制在3h以内；所述壳体与芯包之间设有空隙。
所述芯包的直径大于10mm且小于16mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的15%。
实施例3
一种贴片式铝电解电容器，包括设置有开口的壳体和用于密封所述开口的盖体，所述壳体内设置有芯包，所述芯包浸有电解液，所述芯包包括层叠的阴极箔和阳极箔，阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，贯穿盖体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；所述正极导针、负极导针靠近芯包一端的根部打扁后为扁平状。
所述电解液的闪火电压在300V以上、耐温性能达125℃；所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：25%，添加剂10%，余量为溶剂；所述溶质为带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物，所述带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物的质量比为6:1；所述添加剂为聚乙烯醇的酯化物，所述溶剂为乙二醇和γ-羟基丁酸内酯；所述乙二醇和γ-羟基丁酸内酯的质量比为4:1。
所述电解纸的紧度不小于0.60g/cm3；所述电解纸采用马尼拉麻和西班牙草构成的双层复合纸。
所述阳极箔和阴极箔采用具有高立方结构的铝箔，立方结构的含量为80%以上。
所述芯包含浸电解液后与所述壳体、盖体之间组装的时间控制在3h以内；所述壳体与芯包之间设有空隙。
所述芯包的直径不大于10mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的12%。
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 (7)

1.一种贴片式铝电解电容器，包括设置有开口的壳体和用于密封所述开口的盖体，所述壳体内设置有芯包，所述芯包浸有电解液，所述芯包包括层叠的阴极箔和阳极箔，阴极箔和阳极箔的相同侧分别设置有作为衬底的电解纸，贯穿盖体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；所述正极导针、负极导针靠近芯包一端的根部打扁后为扁平状；其特征在于，所述电解液的闪火电压在300V以上、耐温性能达125℃；所述电解纸的紧度不小于0.60g/cm3；所述阳极箔和阴极箔采用具有高立方结构的铝箔，立方结构的含量为80%以上；所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：10%-25%，添加剂3%-10%，余量为溶剂；所述溶质为带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物，所述添加剂为聚乙烯醇的酯化物，所述溶剂为乙二醇和γ-羟基丁酸内酯；其中，带支链的长碳链羧酸铵盐中，长碳链的碳链长度为24个碳原子以上，支链为具有一个或多个烷基支链。
2.如权利要求1所述的贴片式铝电解电容器，其特征在于，所述阳极箔和阴极箔具有高立方结构，立方结构的含量为90%以上。
3.如权利要求1所述的贴片式铝电解电容器，其特征在于，所述带支链的长碳链羧酸铵盐和马来酸酐-苯乙烯共聚物的质量比为6:1；所述乙二醇和γ-羟基丁酸内酯的质量比为4:1。
4.如权利要求1所述的贴片式铝电解电容器，其特征在于，所述电解纸采用马尼拉麻和西班牙草构成的双层复合纸。
5.如权利要求1所述的贴片式铝电解电容器，其特征在于，所述芯包含浸电解液后与所述壳体、盖体之间组装的时间控制在3h以内；所述壳体与芯包之间设有空隙。
6.如权利要求5所述的贴片式铝电解电容器，其特征在于，所述芯包的直径不大于10mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的12%。
7.如权利要求5所述的贴片式铝电解电容器，其特征在于，所述芯包的直径大于10mm且小于16mm，所述空隙的体积不低于所述壳体内部体积的15%。
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