CN110648850A - 一种大功率电源专用铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率电源专用铝电解电容器，包括芯包，设置在芯包外的壳体，以及覆盖在芯包上方用于密封壳体的胶粒，所述芯包吸附有电解液；所述电解液由溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂组成；所述电解液的溶剂为乙二醇；所述电解液的第一溶质为长碳链羧酸铵盐液，所述电解液的第二溶质为支链式二羧酸铵盐，所述添加剂包括含有多个极性基团的高分子聚合物。本发明的铝电解电容器，在传统的乙二醇体系中加入含有长碳链羧酸铵盐作主要溶质，加入新型的支链式二羧酸铵盐为第二溶质，还在电解液中适当加入含有多个极性基团的高分子聚合物作为添加剂，可以提高电容器的闪火电压，从而提高铝电解电容器的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电容器制造技术领域，特别是涉及了一种大功率电源专用铝电解电容器。
背景技术
随着各种不同类型电源的渗透率不断提升，大功率电源已开始从特殊应用走向电源适配器、IPC电源、医疗电源、工业服务器电源、电源模块等全新市场。大功率电源产业将在未来3～5年内实现跨越式发展，颠覆传统电源产业格局。在脉冲电场非热效应应用中，利用大功率开关电容器件配合脉冲升压变压器可以得到高精度脉冲电源，尤其是现在中国的工业电源正处于高速增长的时期，大功率电源专用铝电解电容器的应用领域不断拓宽，需求量越来越大。
大功率电源专用铝电解电容器，主要应用于大功率驱动电源、不间断电源（UPS）、逆变器、监视器、变频电机、数控设备、模块电源（安防，TV）、适配器、工控电源（含3Y电源）、照明电源、医疗电源、通讯电源等高端电子设备中。为满足这些高端电子设备的设计需要，要求电容器产品具有耐高纹波、高可靠性、高稳定性的特性，满足大功率电源专用设备对铝电解电容器的性能要求。
现有铝电解电容器，在使用过程中，随着导电液的逐步挥发和消耗，电解电容的寿命将会慢慢走的向衰竭。而导电液在长时间高温状态会逐步干枯，容易由于电容器隔离纸在使用时由于发生闪火而被击穿，从而造成寿命短的问题。所以电容器的闪火电压是铝电解电容器的一个重要性能参数。研制提高闪火电压，从而提高铝电解电容器的寿命，是提高电容器品质的一项重要工作。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种大功率电源专用铝电解电容器，包括芯包，设置在芯包外的壳体，以及覆盖在芯包上方用于密封壳体的胶粒，所述芯包吸附有电解液；所述电解液由溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂组成；
所述电解液的溶剂为乙二醇；
所述电解液的第一溶质为长碳链羧酸铵盐液，所述电解液的第二溶质为支链式二羧酸铵盐；
所述添加剂包括含有多个极性基团的高分子聚合物。
进一步的，所述电解液的组分按重量百分含量计包括：溶剂35-55％、第一溶质20-35%，第二溶质15-20％，及添加剂8-20％，各组分共计100％。
进一步的，所述长碳链羧酸铵盐带有支链，具有一个或多个垸基支链。
进一步的，所述带有支链的长碳链羧酸铵盐为葵二酸铵、或安息香酸铵。
进一步的，所述含有多个极性基团的高分子聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、和聚乙烯基吡络烷酮中的其中一种或多种。
进一步的，所述含有多个极性基团的高分子聚合物为聚乙烯醇。
进一步的，所述芯包由电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔层叠卷绕而成；所述铝箔为多孔洞结构腐蚀铝箔，所述腐蚀铝箔的表面具有氧化膜层。
进一步的，所述铝箔的纯度为99.99%~99.993%，铝箔的厚度为100um~120um。
进一步的，所述多孔洞结构为树状分叉式蚀孔，孔洞直径80~120nm，孔洞的深度为30～50um。
进一步的，所述壳体是 “+”字型点防爆铝壳。
本发明具有如下有益效果：
本发明的铝电解电容器，在传统的乙二醇体系中加入含有长碳链羧酸铵盐作主要溶质，由于长碳链羧酸铵盐拥有更长的碳链，随着其碳链的增长其闪火电压也越高；电解液完全使用这类物质作为溶质则成本将会太贵，加入新型的支链式二羧酸铵盐为第二溶质作为补充不仅降低了成本，由于其本身既为液态增加了在乙二醇中的溶解度，从而提升了电导率和闪火电压；还在电解液中适当加入含有多个极性基团的高分子聚合物作为添加剂，由于这类高聚物一个分子中就有多个带负电荷的极性基团，与带正电荷的阳极箔静电引力大，减少了其老化起鼓现象及避免了用量过多影响闪火电压的稳定。本发明人通过对电解液的配方进行改进，对溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂的组分进行了筛选设计，经多次的试验研究，发明人出乎意料地发现，采用本发明特定的电解液，可以提高电容器的闪火电压，从而提高铝电解电容器的寿命。
附图说明
图1为本发明实施例所述的电解电容器的示意图。
附图标记：
11-阳极箔、12-阴极箔、21-第一电解纸、22-第二电解纸、30-导针、40-壳体、50-胶粒。
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
如图1所示，本发明提供了一种耐115度大纹波电流的电解电容器，包括：芯包，设置在芯包外的壳体40，以及覆盖在芯包上方用于密封壳体40的胶粒50。
芯包包括阳极箔11、阴极箔12、和电解纸，电解纸介入阳极箔11和阴极箔12之间，并与阳极箔11和阴极箔12一起层叠并卷绕成芯包。其中，阳极箔11上连接有正极导针30，阳极箔11上连接有负极导针30。芯包吸附有电解液。
阳极箔11和阴极箔12优选为铝。正极导针30和负极导针30优选为铝导针。
本实施例的电解液，由溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂组成。
溶剂方面选用乙二醇。
溶质方面，第一溶质主要成分为长碳链羧酸铵盐液。在传统的乙二醇体系中加入长碳链羧酸铵盐来配制。长碳链羧酸铵盐本身其拥有更长的碳链，随着其碳链的增长其闪火电压也越高。长碳链羧酸铵盐液，优先分子量大，碳链长度长的。长碳链羧酸铵盐的碳链长度为10个碳原子以上。带有支链的长碳链羧酸铵盐液尤佳，例如，具有一个或多个垸基支链的长碳链羧酸铵盐。具体的，带有支链的长碳链羧酸铵盐为葵二酸铵、或安息香酸铵。
电解液完全使用长碳链的羧酸铵盐液这类物质作为溶质使成本太高。为了改善，再电解液中加入新型的支链式二羧酸铵盐为第二溶质，与长碳链羧酸铵盐的区别是，支链式二羧酸铵盐，不需要具有长碳链结构。支链式二羧酸铵盐例如为羧酸铵盐、异葵二酸铵、1,7-葵二酸铵和1，6-十二双酸铵。第二溶质作为补充不仅降低了成本，由于其本身既为液态增加了在乙二醇中的溶解度，从而提升了电导率和闪火电压。
还在电解液中适当加入一些含有多个极性基团的高分子聚合物作为添加剂。含有多个极性基团的高分子聚合物，例如聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡络烷酮等。由于这类高聚物一个分子中就有多个带负电荷的极性基团，与带正电荷的阳极箔静电引力大，减少了其老化起鼓现象及避免了用量过多影响闪火电压的稳定。更加优选的，选用聚乙烯醇的酯化物为添加剂，聚乙烯醇化物形成长链三元结构，有很强的阻燃作用，消耗了闪火产生的能量，使产品不易击穿。
电解液是电容器的核心组分，关乎到电容器的寿命、可靠性以及相应的电气性能。本发明人通过对电容器电解液的配方进行改进，对溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂的组分进行了筛选设计，经多次的试验研究，发明人出乎意料地发现，采用本发明特定的电解液，即在传统的乙二醇体系中加入含有长碳链羧酸铵盐作主要溶质，加入新型的支链式二羧酸铵盐为第二溶质，还在电解液中适当加入含有多个极性基团的高分子聚合物作为添加剂，可以提高电容器的闪火电压，从而提高铝电解电容器的寿命。该电解液的技术效果是由溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂的各组分技术特征协同作用的总和，而并非单个技术特征效果的简单叠加。
以上电解液的组分，按重量百分含量计包括：溶剂35-55％、第一溶质20-35%，第二溶质15-20％，及添加剂8-20％，各组分共计100％。
电解液各组分的重量百分含量配比可以如下：
溶剂35％、第一溶质35%，第二溶质20％，及添加剂10％，各组分共计100％；
或者，
溶剂50％、第一溶质28%，第二溶质15％，及添加剂7％，各组分共计100％；
或者，
溶剂51％、第一溶质20%，第二溶质17％，及添加剂12％，各组分共计100％；
或者，
溶剂44％、第一溶质28%，第二溶质20％，及添加剂8％，各组分共计100％；
或者，
溶剂55％、第一溶质22%，第二溶质15％，及添加剂8％，各组分共计100％；
芯包由电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔层叠卷绕而成。为了进一步提高铝电解电容器的性能，在结构方面，选用多孔洞结构腐蚀铝箔。铝箔生产选用99.99%~99.993%纯度铝材，加工成100um~120um厚铝素箔。腐蚀后的多孔结构使铝箔的表面积增大了，解决了容量一致性问题和高稳定长寿命。多孔洞结构为树状分叉式蚀孔，孔洞直径80~120nm，孔洞的深度为30～50um。
腐蚀铝箔的表面具有氧化膜层。要求铝箔的氧化膜稳定性高，容量一致性好，氧化膜的孔型深度要适宜。根据不同铝箔要求其深度不同，氧化膜层是长在腐蚀孔上面的，本身没有孔洞。
本实施例的壳体为铝壳， 铝壳起保护和散热作用，电容器容量大，储存的能量就大，当出现负载过载或电压不稳定等因素时，电容器会发热，电解液快速汽化使壳内压增大，内部芯包击穿产生爆炸。因些，需要采用合理的防爆设计，使产品在规定的压力时安全开阀卸压，以确保使用载体的安全。本实施例，壳体为“+”字型点防爆铝壳，在铝壳的内筒底部中心部位，设呈“十”字型的压痕用作安全阀。
本发明具有如下有益效果：
1、电解液是电容器的核心组分，关乎到电容器的寿命、可靠性以及相应的电气性能。本发明的铝电解电容器，在传统的乙二醇体系中加入含有长碳链羧酸铵盐作主要溶质，由于长碳链羧酸铵盐拥有更长的碳链，随着其碳链的增长其闪火电压也越高；电解液完全使用这类物质作为溶质则成本将会太贵，加入新型的支链式二羧酸铵盐为第二溶质作为补充不仅降低了成本，由于其本身既为液态增加了在乙二醇中的溶解度，从而提升了电导率和闪火电压；还在电解液中适当加入含有多个极性基团的高分子聚合物作为添加剂，由于这类高聚物一个分子中就有多个带负电荷的极性基团，与带正电荷的阳极箔静电引力大，减少了其老化起鼓现象及避免了用量过多影响闪火电压的稳定。本发明人通过对电解液的配方进行改进，对溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂的组分进行了筛选设计，经多次的试验研究，发明人出乎意料地发现，采用本发明特定的电解液，可以提高电容器的闪火电压，从而提高铝电解电容器的寿命。该电解液的技术效果是由溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂的各组分技术特征协同作用的总和，而并非单个技术特征效果的简单叠加。
2、本申请的铝箔，采用多孔洞结构腐蚀铝箔，腐蚀后的多孔结构使铝箔的表面积增大了，解决了容量一致性问题，使电容器具有高稳定性和长寿命。
3、采用合理的防爆设计、散热设计，使产品在规定的压力时安全开阀卸压，以确保使用载体的安全。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种大功率电源专用铝电解电容器，包括芯包，设置在芯包外的壳体，以及覆盖在芯包上方用于密封壳体的胶粒，所述芯包吸附有电解液；其特征在于，
所述电解液由溶剂、第一溶质、第二溶质、以及添加剂组成；
所述电解液的溶剂为乙二醇；
所述电解液的第一溶质为长碳链羧酸铵盐液，所述电解液的第二溶质为支链式二羧酸铵盐；
所述添加剂包括含有多个极性基团的高分子聚合物。
2.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述电解液的组分按重量百分含量计包括：溶剂35-55％、第一溶质20-35%，第二溶质15-20％，及添加剂8-20％，各组分共计100％。
3.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述长碳链羧酸铵盐带有支链，具有一个或多个垸基支链。
4.根据权利要求3所述的电解电容器，其特征在于，所述带有支链的长碳链羧酸铵盐为葵二酸铵、或安息香酸铵。
5.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述含有多个极性基团的高分子聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、和聚乙烯基吡络烷酮中的其中一种或多种。
6.根据权利要求5所述的电解电容器，其特征在于，所述含有多个极性基团的高分子聚合物为聚乙烯醇。
7.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述芯包由电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔层叠卷绕而成；所述铝箔为多孔洞结构腐蚀铝箔，所述腐蚀铝箔的表面具有氧化膜层。
8.根据权利要求7所述的电解电容器，其特征在于，所述铝箔的纯度为99.99%~99.993%，铝箔的厚度为100um~120um。
9.根据权利要求7所述的电解电容器，其特征在于，所述多孔洞结构为树状分叉式蚀孔，所述孔洞直径80~120nm，孔洞的深度为30～50um。
10.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述壳体是 “+”字型点防爆铝壳。
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