CN109887750B - 一种非固体电解质钽电容器工作电解液及其制备方法和非固体电解质钽电容器 - Google Patents

一种非固体电解质钽电容器工作电解液及其制备方法和非固体电解质钽电容器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非固体电解质钽电容器工作电解液及其制备方法和非固体电解质钽电容器，该工作电解液的制备方法包括：(1)配制质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液；(2)向质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加含有富电子基团的有机超分子化合物和硅溶胶，混合均匀。本发明的非固体电解质钽电容器工作电解液，由于添加有有机超分子化合物中含有富电子基团，其能在通电状态下直接键合金属阳离子等缺电子离子，如Ag+等；因此，银外壳封装的非固体电解质钽电容器采用该工作电解液时，在使用过程中，能够阻断因受反向影响产生的Ag+迁移至钽芯上析出Ag的现象，有效提升银外壳封装的非固体电解质钽电容器使用寿命。

Description

一种非固体电解质钽电容器工作电解液及其制备方法和非固 体电解质钽电容器
技术领域
本发明涉及电容器制造技术领域，具体而言，涉及一种非固体电解质钽电容器工作电解液及其制备方法和非固体电解质钽电容器。
背景技术
非固体电解质钽电容器从被研制生产后，由于其体积小、容量大、漏电流小、低损耗等诸多优异性能而被广泛的应用于各种民用和军用电子产品中。高可靠性的非固体电解质钽电容器中，银外壳封装的非固体电解质钽电容器相较于其它外壳封装的非固体电解质钽电容器使用更多更广泛，如CAK35型等，但随着使用的深入，银外壳封装的非固体电解质钽电容器的问题也渐渐浮现出来，其中最主要的是银外壳封装的非固体电解质钽电容器在使用过程中若存在瞬间反向情况下，外壳中的Ag将变成Ag+，当Ag+迁移至钽芯上重新析出Ag并附着时，将严重影响钽芯的可靠性，导致非固体电解质钽电容器使用寿命变短。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的一种非固体电解质钽电容器工作电解液及其制备方法和非固体电解质钽电容器，更好地克服了上述现有技术客观存在的问题和缺陷，通过向质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加有机超分子化合物和硅溶胶得到的非固体电解质钽电容器工作电解液，由于有机超分子化合物中含有富电子基团，能在通电状态下直接键合金属阳离子等缺电子离子，如Ag+等；因此，银外壳封装的非固体电解质钽电容器采用该工作电解液，在使用过程中，能够直接阻断因受反向影响产生的Ag+直接迁移至钽芯上析出Ag的现象，有效提升银外壳封装的非固体电解质钽电容器使用寿命，能够长时间保持其大容量、漏电流小、低损耗的优势。
一种非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液；
(2)向质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加有机超分子化合物和硅溶胶，混合均匀。
进一步地，步骤(1)中，配制质量百分比浓度为38％的硫酸溶液。
进一步地，步骤(2)中，每100ml质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加0.1g～10g的有机超分子化合物及5～20ml的硅溶胶。
进一步地，所述有机超分子化合物为瓜环葫芦脲、杯芳烃或冠醚。
进一步地，所述质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液采用98％浓硫酸加水稀释得到。
进一步地，步骤(2)之后还包括：继续添加二氧化硅粉末。
进一步地，每100ml质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加0.5g～2g的二氧化硅。
进一步地，所述硅溶胶中二氧化硅的含量为10～50％。
本发明还提供了一种非固体电解质钽电容器工作电解液，由上述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法制备得到。
本发明还提供了一种非固体电解质钽电容器，采用上述的非固体电解质钽电容器工作电解液。
与现有技术相比，本发明的一种非固体电解质钽电容器工作电解液及其制备方法和非固体电解质钽电容器的有益效果是：
本发明通过向质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加有机超分子化合物和硅溶胶得到的非固体电解质钽电容器工作电解液，由于有机超分子化合物中含有富电子基团，能在通电状态下直接键合金属阳离子等缺电子离子，如Ag+等；因此，银外壳封装的非固体电解质钽电容器采用该工作电解液时，在使用过程中，能够直接阻断因受反向影响产生的Ag+直接迁移至钽芯上析出Ag的现象，有效提升银外壳封装的非固体电解质钽电容器使用寿命，能够长时间保持其大容量、漏电流小、低损耗的优势。
综上所述，本发明的非固体电解质钽电容器工作电解液具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的方法公开发表或使用而确属创新，产生了好用且实用的效果，较现有的技术具有增进的多项功效，从而较为适于实用，并具有广泛的产业价值。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。
但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用之术语：
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，井且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
本发明提供了一种非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液；该硫酸溶液的质量百分比浓度具体可列举为如35％、45％、45％、45％或45％等。
(2)向质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加有机超分子化合物和硅溶胶，混合均匀。
优选地，步骤(1)中，配制质量百分比浓度为38％的硫酸溶液。
优选地，所述质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液采用98％浓硫酸加水稀释得到。该98％浓硫酸为市售常用的质量百分比浓度为98％的浓硫酸，密度为1.84g/cm2。
需要说明的是，上述质量百分比浓度为硫酸溶液里硫酸的质量百分比。
优选地，步骤(2)中，每100ml质量百分比浓度为35-45％的硫酸溶液中添加0.1g～10g的有机超分子化合物及5～20ml的硅溶胶。
上述有机超分子化合物的用量具体可列举为0.1g、0.5g、1g、3g、5g、8g或10g等；上述硅溶胶的用量具体可列举为5ml、8ml、10ml、12ml、15ml、18ml或20ml等。
优选地，所述有机超分子化合物为瓜环葫芦脲、杯芳烃或冠醚。
上述瓜环葫芦脲别名瓜环，常用的瓜环葫芦脲有葫芦[6]脲、葫芦[7]脲、葫芦[8]脲、五元瓜环及7元瓜环等。杯芳烃是指由亚甲基桥连苯酚单元所构成的大环化合物，杯芳烃具有独特的空穴结构，空穴结构大小的调节具有较大的自由度，是一种具有具广泛适应性的模拟酶。常用的杯芳烃有杯[4]芳烃、杯[6]芳烃和杯[8]芳烃等。冠醚是分子中含有多个-OCH2CH2-结构单元的大环多醚，常用的冠醚有15-冠-5、18-冠-6及二环已烷并-18-冠(醚)-6等，冠醚的空穴结构对离子有选择作用，其能够与金属离子络合。
需要说明的是，上述瓜环葫芦脲、杯芳烃及冠醚均含有羰基富电子基团，能在通电状态下直接键合金属阳离子等缺电子离子，如Ag+等。
当然，本发明并不现在有机超分子化合物的种类，其还可以列举为其它含有如羰基等富电子基团的化合物。
硅溶胶别名硅酸凝胶，分子式为mSiO2·nH2O。本发明的电解液中添加硅溶胶可以起到增加电解液黏度的作用。
优选地，所述硅溶胶中二氧化硅的含量为10～50％，二氧化硅的粒径为5～100nm，且二氧化硅的比表面积为50～400m2/g。将钽芯直接置于该硅溶胶中测闪火电压为300-400V。
优选地，步骤(2)之后还包括：继续添加二氧化硅粉末。
优选地，每100ml质量百分比浓度为35-45％的硫酸溶液中添加0.5g～2g的二氧化硅。
上述二氧化硅的用量具体可列举为0.5g、0.8g、1g、1.2g、1.5g、1.8g或2g等。
本发明还提供了一种非固体电解质钽电容器工作电解液，由上述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法制备得到。
本发明还提供了一种非固体电解质钽电容器，采用上述的非固体电解质钽电容器工作电解液。
本发明通过向质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加有机超分子化合物和硅溶胶得到的非固体电解质钽电容器工作电解液，由于有机超分子化合物中含有富电子基团，能在通电状态下直接键合金属阳离子等缺电子离子，如Ag+等；因此，银外壳封装的非固体电解质钽电容器采用该工作电解液时，在使用过程中，能够直接阻断因受反向影响产生的Ag+直接迁移至钽芯上析出Ag的现象，有效提升银外壳封装的非固体电解质钽电容器使用寿命，能够长时间保持其大容量、漏电流小、低损耗的优势。
为了便于理解本发明，下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。申请人声明，本发明通过以下实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于下述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明应依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
实施例1
(1)采用98％浓硫酸和去离子水配制得到质量百分比浓度为35％的硫酸溶液。
(2)取100ml步骤(1)得到的质量百分比浓度为38％的硫酸溶液，添加0.1g杯[6]芳烃，搅拌混合均匀。
(3)在步骤(2)得到的溶液中添加5ml硅溶胶，搅拌混合均匀。
(4)在步骤(3)得到的溶液中继续添加0.5g二氧化硅粉末，搅拌混合均匀，得到电解液。
将上述得到的电解液用于装配10支CAK35型25V-100μF的钽电容器，每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的电解液用量为0.1ml，先对每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的容量、损耗及漏电流性能进行测试，测试结果如表1所示。
然后对上述10支CAK35型25V-100μF的钽电容器在85℃和25V条件下进行可靠性试验，试验过程中，每间隔100h施加1.5V反向电压，持续时间为1ms，至2000h后，再对其容量、损耗及漏电流性能进行测试，得到测试结果如表2所示。
表1
Figure BDA0001974131500000081
表2
Figure BDA0001974131500000082
实施例2
(1)采用98％浓硫酸和去离子水配制得到质量百分比浓度为38％的硫酸溶液。
(2)取100ml步骤(1)得到的质量百分比浓度为38％的硫酸溶液，添加5g五元瓜环，搅拌混合均匀。
(3)在步骤(2)得到的溶液中添加1ml硅溶胶，搅拌混合均匀。
(4)在步骤(3)得到的溶液中继续添加1g二氧化硅粉末，搅拌混合均匀，得到电解液。
将上述得到的电解液用于装配10支CAK35型25V-100μF的钽电容器，每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的电解液用量为0.1ml，先对每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的容量、损耗及漏电流性能进行测试，测试结果如表3所示。
然后对上述10支CAK35型25V-100μF的钽电容器在85℃和25V条件下进行可靠性试验，试验过程中，每间隔100h施加1.5V反向电压，持续时间为1ms，至2000h后，再对其容量、损耗及漏电流性能进行测试，得到测试结果如表4所示。
表3
Figure BDA0001974131500000091
表4
Figure BDA0001974131500000092
实施例3
(1)采用98％浓硫酸和去离子水配制得到质量百分比浓度为45％的硫酸溶液。
(2)取100ml步骤(1)得到的质量百分比浓度为38％的硫酸溶液，添加10g二环已烷并-18-冠(醚)-6，搅拌混合均匀。
(3)在步骤(2)得到的溶液中添加20ml硅溶胶，搅拌混合均匀。
(4)在步骤(3)得到的溶液中继续添加2g二氧化硅粉末，搅拌混合均匀，得到电解液。
将上述得到的电解液用于装配10支CAK35型25V-100μF的钽电容器，每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的电解液用量为0.1ml，先对每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的容量、损耗及漏电流性能进行测试，测试结果如表5所示。
然后对上述10支CAK35型25V-100μF的钽电容器在85℃和25V条件下进行可靠性试验，试验过程中，每间隔100h施加1.5V反向电压，持续时间为1ms，至2000h后，再对其容量、损耗及漏电流性能进行测试，得到测试结果如表6所示。
表5
Figure BDA0001974131500000101
表6
Figure BDA0001974131500000111
对比例1
(1)采用98％浓硫酸和去离子水配制得到质量百分比浓度为38％的硫酸溶液。
(2)取100ml步骤(1)得到的质量百分比浓度为38％的硫酸溶液，添加10ml硅溶胶，搅拌混合均匀。
(3)在步骤(2)得到的溶液中继续添加1g二氧化硅粉末，搅拌混合均匀，得到电解液。
将上述得到的电解液用于装配10支CAK35型25V-100μF的钽电容器，每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的电解液用量为0.1ml，先对每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的容量、损耗及漏电流性能进行测试，测试结果如表7所示。
然后对上述10支CAK35型25V-100μF的钽电容器在85℃和25V条件下进行可靠性试验，试验过程中，每间隔100h施加1.5V反向电压，持续时间为1ms，至2000h后，再对其容量、损耗及漏电流性能进行测试，得到测试结果如表8所示。
表7
Figure BDA0001974131500000121
表8
Figure BDA0001974131500000122
对比例2
(1)采用98％浓硫酸和去离子水配制得到质量百分比浓度为50％的硫酸溶液。
(2)取100ml步骤(1)得到的质量百分比浓度为50％的硫酸溶液，添加10ml硅溶胶，搅拌混合均匀。
(3)在步骤(2)得到的溶液中继续添加1g二氧化硅粉末，搅拌混合均匀，得到电解液。
将上述得到的电解液用于装配10支CAK35型25V-100μF的钽电容器，每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的电解液用量为0.1ml，对每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的容量、损耗及漏电流性能进行测试，测试结果如表9所示。
表9
Figure BDA0001974131500000131
对比例3
(1)采用98％浓硫酸和去离子水配制得到质量百分比浓度为30％的硫酸溶液。
(2)取100ml步骤(1)得到的质量百分比浓度为50％的硫酸溶液，添加10ml硅溶胶，搅拌混合均匀。
(3)在步骤(2)得到的溶液中继续添加1g二氧化硅粉末，搅拌混合均匀，得到电解液。
将上述得到的电解液用于装配10支CAK35型25V-100μF的钽电容器，每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的电解液用量为0.1ml，对每支CAK35型25V-100μF的钽电容器的容量、损耗及漏电流性能进行测试，测试结果如表10所示。
表10
Figure BDA0001974131500000141
(1)由实施例1～3的测试结果(见表1～表6)得出：采用本发明制备的工作电解液的CAK35型25V-100μF的钽电容器在85℃和25V条件下经2000h的可靠性试验后的电性能(包括容量、损耗及漏电流)与初始的电性能(包括容量、损耗及漏电流)的测试数据相当，表明采用本发明制备的工作电解液的CAK35型25V-100μF的钽电容器多次受到瞬间反向电压后，仍保持良好的电性能(包括容量、损耗及漏电流)，有效提升了其使用寿命。
(2)由对比例1的测试结果(见表7～表8)得出：对比例1制备的电解液中不包含富电子基团的有机超分子化合物，采用对比例1制备的工作电解液的CAK35型25V-100μF的钽电容器在85℃和25V条件下经2000h的可靠性试验后的电性能(包括容量、损耗及漏电流)与初始的电性能(包括容量、损耗及漏电流)的测试数据相差较大，经2000h的可靠性试验后的漏电流和损耗大幅度增加，甚至有4支钽电容器被击穿。
(3)由实施例1～3的初始测试结果(见表1、表3和表5)和对比例2～3的初始测试结果(见表9～表10)对比得出：采用质量百分比浓度低于35％的硫酸溶液及质量百分比浓度高于45％的硫酸溶液制备的电解液，用于装配的CAK35型25V-100μF的钽电容器的容量明细降低及损耗明显增大。
综上，本发明通过向质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加有机超分子化合物和硅溶胶制备非固体电解质钽电容器工作电解液，银外壳封装的非固体电解质钽电容器采用该工作电解液时，在使用过程中，能够直接阻断因受反向影响产生的Ag+直接迁移至钽芯上析出Ag的现象，有效提升银外壳封装的非固体电解质钽电容器使用寿命，能够长时间保持其大容量、漏电流小、低损耗的优势。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配制质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液；
(2)向质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加有机超分子化合物和硅溶胶，混合均匀；所述有机超分子化合物中含有富电子基团；所述有机超分子化合物为瓜环葫芦脲、杯芳烃或冠醚。
2.根据权利要求1所述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，配制质量百分比浓度为38％的硫酸溶液。
3.根据权利要求1所述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，每100ml质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加0.1g～10g的有机超分子化合物及5～20ml的硅溶胶。
4.根据权利要求1所述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，其特征在于：所述质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液采用98％浓硫酸加水稀释得到。
5.根据权利要求3所述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，其特征在于：步骤(2)之后还包括：继续添加二氧化硅粉末。
6.根据权利要求5所述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，其特征在于：每100ml质量百分比浓度为35～45％的硫酸溶液中添加0.5g～2g的二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法，其特征在于：所述硅溶胶中二氧化硅的含量为10～50％。
8.一种非固体电解质钽电容器工作电解液，其特征在于：由权利要求1～7任一项所述的非固体电解质钽电容器工作电解液的制备方法制备得到。
9.一种非固体电解质钽电容器，其特征在于：采用权利要求8所述的非固体电解质钽电容器工作电解液。
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