CN110690051B - 一种抗6kv雷击安规铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗6KV雷击安规铝电解电容器，属于电容器的技术领域，其包括带有开口的壳体和位于壳体开口处的封装层，壳体内设置有芯包，芯包包括阳极箔、阴极箔、内层电解纸和外层电解纸，芯包浸有电解液，所述内层电解纸和外层电解纸分别位于阴极箔和阳极箔的同一侧，按照重量份数计，电解液包括主溶剂45‑52份、辅助溶剂15‑26份、溶质25‑32份、添加剂2‑4份、消氢剂1‑3份；本发明还提供一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：S1：裁切；S2：钉绕；S3：配制电解液；S4浸渍；S5：组装与老化；本发明具有较强的耐高压冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及电容器的技术领域，尤其是涉及一种抗6KV雷击安规铝电解电容器。
背景技术
电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制等方面。
电子产品在使用过程中，电网中产生的浪涌会对电子类产品造成冲击干扰，浪涌的形成主要为电力系统开关瞬态及雷击瞬态。故电子类产品的抗雷击安全是电子类产品必须要考虑的因素。
铝电解电容器作为电子线路整流后紧跟的第一个滤波元件，是各类电子类产品电源中不可缺少的元器件之一。如果电子类产品遭受浪涌冲击，其输入电压及电流的突变会使整流电压瞬间增大到一个远超出电容器额定电压的值。该瞬间高压冲击很容易造成铝电解电容过压从而导致铝电解电容器发生击穿现象，进而让电源部分失效，使电子类产品不能正常工作，给人们的生产、生活带来不便，更严重时甚至还会引起局部电路燃烧，给大家的财产和生命造成威胁。
因此，研究一种耐高压冲击的铝电解电容器很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗6KV雷击安规铝电解电容器，具有较强的耐高压冲击性能。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器，包括带有开口的壳体和位于壳体开口处的封装层，壳体内设置有芯包，芯包包括阳极箔、阴极箔、内层电解纸和外层电解纸，芯包浸有电解液，所述内层电解纸和外层电解纸分别位于阴极箔和阳极箔的同一侧，按照重量份数计，电解液包括主溶剂45-52份、辅助溶剂15-26份、溶质25-32份、添加剂2-4份、消氢剂1-3份；其中，主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.3-0.6:0.4-0.5的混合液；
辅助溶剂包括乙烯醇、碳酸乙烯酯重量份数比为1:1-1.3的混合液；
溶质包括十三烷三羧酸铵8-14份、1,7-癸二酸铵5-9份、2-甲基-2-乙基壬二酸盐3-6份；
添加剂包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧丙烷、氨三乙酸重量份数比为1:0.1-0.3:0.2-0.5的混合物。
通过采用上述技术方案，电解液是电容器的实际阴极，起到提供氧离子、修补阳极氧化膜的重要作用。其中，溶剂决定了电容器的工作温度范围，对离子溶剂化起关键作用。
本发明中以乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚为主溶剂，以乙烯醇、碳酸乙烯酯为辅助溶剂。乙二醇的溶解性好，且乙二醇与许多极性溶剂有着良好的兼容性，而磷酸三丁酯与聚甘油醚具有更好的高、低温性能；将乙二醇、磷酸三丁酯及聚甘油醚配合使用可获得高沸点、低凝固点的溶剂。另外，再配合辅助溶剂乙烯醇与碳酸乙烯酯，可获得溶解度更高、流动性更好的溶剂。
本发明中溶质选用为十三烷三羧酸铵、1,7-癸二酸铵、2-甲基-2-乙基壬二酸盐。十三烷三羧酸铵、1,7-癸二酸铵、2-甲基-2-乙基壬二酸盐均为带支链的羧酸盐，相比于直链羧酸，支链多元羧酸铵盐由于支链基团的空间位阻效应以及烷氧基团的极化作用，使得支链多元羧酸铵盐在乙二醇中的溶解度大大增加。支链上的烃基由于位阻作用对旁边的官能团羧基具有保护作用，能很大程度上抑制与醇发生酯化反应，酯化反应有水生成，使得电解液中水的浓度过大，使得电容器性能变坏，储存后漏电流回升太大，电容器工作段时间后发生外壳鼓胀甚至炸裂等现象，因此，抑制酯化反应可有效提高电容器的性能。十三烷三羧酸铵、1,7-癸二酸铵、2-甲基-2-乙基壬二酸盐在主溶剂与辅助溶剂中溶解度较高，溶解于溶剂中制得的电容器产品具有较强的耐高压冲击性能。
此外，电容器的高温工作寿命也是需要考虑的问题，为提高电容器的高温稳定性，于电解液中加入添加剂，添加剂包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧丙烷、氨三乙酸。高温下，溶液中的成分发生化学反应生成较多的水是氧化膜性能变坏的主要原因。
聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧丙烷分子中有多个极性基团，与带正电荷的阳极铝箔之间的静电引力较大，色散力大，总的吸附能大，解吸不容易，所以能很好的保护阳极铝箔不被水分子损害，进而提高电容器的高温稳定性。聚乙烯基吡咯烷酮还可起到提高闪火电压的作用，进一步提高电容器的工作性能。
另外，电容器的阳极腐蚀问题也是一直存在的现象，而阳极腐蚀的机理普遍认为是氯离子自催化造成的。添加剂中的氨三乙酸可与氯离子形成络合物，从而降低阳极被腐蚀的可能性，进一步保护阳极，延长电容器的工作寿命。
本发明还于电解液中加入有消氢剂，消氢剂可消除电解液中释放的气体，主要是氢气，氢气过多时导致电容器的内压升高，造成鼓底现象，甚至防爆阀打开。消氢剂的加入可有效降低电容器工作时阴极氢气的释放而导致的电容器内压上升，提高电容器的工作性能。
综上所述，按照本发明所选用的主溶剂、辅助溶剂、溶质、添加剂及消氢剂配制的电解液，并用该电解液浸渍芯包所制得的电容器具有较强的耐高压冲击性能且工作性能优异。
本发明进一步设置为：所述主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.4-0.5:0.42-0.46的混合液。
本发明进一步设置为：所述溶质包括十三烷三羧酸铵10-12份、1,7-癸二酸铵6-8份、2-甲基-2-乙基壬二酸盐4-5份。
本发明进一步设置为：所述消氢剂为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.72-0.84的混合物。
本发明进一步设置为：所述消氢剂为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.76-0.80的混合物。
本发明进一步设置为：所述内层电解纸材质为剑麻纤维，外层电解纸材质为西班牙草。
本发明的目的二在于提供一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1：裁切：裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；
S2：钉绕：将正极导针穿过封装层与阳极箔钉接，将负极导针穿过封装层与阴极箔钉接；由下而上依次铺设阴极箔、内层电解纸、阳极箔、外层电解纸，再将阳极箔、阴极箔、电解纸卷绕成芯包；
S3：配制电解液：将主溶剂与辅助溶剂混合后，加热至50-70℃，然后加入溶质，搅拌均匀后获得混合液A；将混合液A加热至100-110℃，保温45-75min后，加入添加剂、消氢剂，搅拌均匀后冷却至室温；
S4浸渍：将芯包浸入电解液50-70min，使电解液充分浸渍到电解纸上；
S5：组装与老化：将浸渍好的芯包与壳体和封装层组装成电容器，并进行老化。
通过采用上述技术方案，按照本发明提供的生产方法，在钉绕时将内层电解纸及外层电解质铺设后与阴极铝箔、阳极铝箔卷绕成芯包，并将芯包浸入电解液中，可得到耐高压冲击性能较强的铝电解电容器。
本发明进一步设置为：步骤S4中，将芯包于电解液中浸入20-35min后；将芯包内部抽真空进行真空浸渍5-10min，真空度为75-90KPa；再向芯包内通入压缩空气，至压力为3-8atm，进行加压浸渍10-20min。
通过采用上述技术方案，常压浸渍后，进行真空浸渍，最后加压浸渍，使得正极铝箔与负极铝箔之间的电解液更加充分，增强电解液的浸渍效果。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.本发明以乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚为主溶剂，以乙烯醇、碳酸乙烯酯为辅助溶剂，选用十三烷三羧酸铵、1,7-癸二酸铵、2-甲基-2-乙基壬二酸盐作为溶质，又加入消氢剂与添加剂配制电解液，并由该电解液浸泡芯包而制成铝电解电容器，使得铝电解电容器的耐高压冲击性能较强；
2.常压浸渍后，进行真空浸渍，最后加压浸渍，使得正极铝箔与负极铝箔之间的电解液更加充分，增强电解液的浸渍效果。
具体实施方式
实施例1
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1：裁切：裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；内层电解纸材质为剑麻纤维，外层电解纸材质为西班牙草；
S2：钉绕：将正极导针穿过封装层与阳极箔钉接，将负极导针穿过封装层与阴极箔钉接；由下而上依次铺设阴极箔、内层电解纸、阳极箔、外层电解纸，再将阳极箔、阴极箔、电解纸卷绕成芯包；
S3：配制电解液：将主溶剂与辅助溶剂混合后，加热至50℃，然后加入溶质，搅拌均匀后获得混合液A；将混合液A加热至100℃，保温45min后，加入添加剂、消氢剂，搅拌均匀后冷却至室温；
其中，主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.3:0.4的混合液；
辅助溶剂包括乙烯醇、碳酸乙烯酯重量份数比为1:1的混合液；
溶质包括十三烷三羧酸铵8份、1,7-癸二酸铵5份、2-甲基-2-乙基壬二酸盐3份；
添加剂包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧丙烷、氨三乙酸重量份数比为1:0.1:0.2的混合物；
消氢剂为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.72的混合物；
S4浸渍：将芯包于电解液中浸入20min后；将芯包内部抽真空进行真空浸渍5min，真空度为75KPa；再向芯包内通入压缩空气，至压力为3atm，进行加压浸渍10min；
S5：组装与老化：将浸渍好的芯包与壳体和封装层组装成电容器，并进行老化。
实施例2
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1：裁切：裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；内层电解纸材质为剑麻纤维，外层电解纸材质为西班牙草；
S2：钉绕：将正极导针穿过封装层与阳极箔钉接，将负极导针穿过封装层与阴极箔钉接；由下而上依次铺设阴极箔、内层电解纸、阳极箔、外层电解纸，再将阳极箔、阴极箔、电解纸卷绕成芯包；
S3：配制电解液：将主溶剂与辅助溶剂混合后，加热至60℃，然后加入溶质，搅拌均匀后获得混合液A；将混合液A加热至105℃，保温60min后，加入添加剂、消氢剂，搅拌均匀后冷却至室温；
其中，主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.4:0.45的混合液；
辅助溶剂包括乙烯醇、碳酸乙烯酯重量份数比为1:1.2的混合液；
溶质包括十三烷三羧酸铵10份、1,7-癸二酸铵7份、2-甲基-2-乙基壬二酸盐4份；
添加剂包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧丙烷、氨三乙酸重量份数比为1:0.2:0.4的混合物；
消氢剂为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.78的混合物；
S4浸渍：将芯包于电解液中浸入28min后；将芯包内部抽真空进行真空浸渍8min，真空度为80KPa；再向芯包内通入压缩空气，至压力为5atm，进行加压浸渍15min；
S5：组装与老化：将浸渍好的芯包与壳体和封装层组装成电容器，并进行老化。
实施例3
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1：裁切：裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；内层电解纸材质为剑麻纤维，外层电解纸材质为西班牙草；
S2：钉绕：将正极导针穿过封装层与阳极箔钉接，将负极导针穿过封装层与阴极箔钉接；由下而上依次铺设阴极箔、内层电解纸、阳极箔、外层电解纸，再将阳极箔、阴极箔、电解纸卷绕成芯包；
S3：配制电解液：将主溶剂与辅助溶剂混合后，加热至70℃，然后加入溶质，搅拌均匀后获得混合液A；将混合液A加热至110℃，保温75min后，加入添加剂、消氢剂，搅拌均匀后冷却至室温；
其中，主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.6:0.5的混合液；
辅助溶剂包括乙烯醇、碳酸乙烯酯重量份数比为1:1.3的混合液；
溶质包括十三烷三羧酸铵14份、1,7-癸二酸铵9份、2-甲基-2-乙基壬二酸盐6份；
添加剂包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧丙烷、氨三乙酸重量份数比为1:0.3:0.5的混合物；
消氢剂为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.84的混合物；
S4浸渍：将芯包于电解液中浸入35min后；将芯包内部抽真空进行真空浸渍10min，真空度为90KPa；再向芯包内通入压缩空气，至压力为8atm，进行加压浸渍20min；
S5：组装与老化：将浸渍好的芯包与壳体和封装层组装成电容器，并进行老化。
实施例4
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，与实施例2的区别在于：
主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.4:0.42的混合液。
实施例5
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，与实施例2的区别在于：
主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.5:0.46的混合液。
实施例6
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，与实施例2的区别在于：
溶质包括十三烷三羧酸铵10份、1,7-癸二酸铵6份、2-甲基-2-乙基壬二酸盐4份。
实施例7
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，与实施例2的区别在于：
溶质包括十三烷三羧酸铵12份、1,7-癸二酸铵8份、2-甲基-2-乙基壬二酸盐5份。
实施例8
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，与实施例2的区别在于：
消氢剂为为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.76的混合物。
实施例9
一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，与实施例2的区别在于：
消氢剂为为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.80的混合物。
对比例1
选用市售铝电解电容器。
性能检测
按照国家标准GB/T 20628.2-2006进行电击穿强度测试，按照GB/T 12914-2008进行抗张强度测试，按照国家标准GB/T 12656-1990进行击穿电压测试；按照国家标准GB/T16927.1-2011进行雷击冲击电压测试，测试结果见表1。
由表1看出，实施例1-9中雷击冲击电压达到6kV，电击穿强度、抗张强度及击穿电压的性能均较优异，实施例4-5进一步限定了主溶剂中各个组分的配比，检测效果优于实施例1及实施例3，说明主溶剂中各个组分之间的比例将会影响电容器的性能。
实施例6-7进一步限定了溶质中各个组分的比例，实施例8-9进一步限定了消氢剂中对硝基苯酚与对硝基苯甲醇的比例，检测结果均优于实施例1及实施例3，说明溶质及消氢剂中组分的配比也很重要。
对比例1中，电击穿强度、抗张强度、击穿电压及耐高压冲击性能的检测数据明显低于实施例1-9，再次验证了本发明提供的电解液达到的效果。
综上所述，本发明以乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚为主溶剂，以乙烯醇、碳酸乙烯酯为辅助溶剂，选用十三烷三羧酸铵、1,7-癸二酸铵、2-甲基-2-乙基壬二酸盐作为溶质，又加入消氢剂与添加剂配制电解液，并由该电解液浸泡芯包而制成铝电解电容器，使得铝电解电容器的耐高压冲击性能较强。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种抗6KV雷击安规铝电解电容器，包括带有开口的壳体和位于壳体开口处的封装层，壳体内设置有芯包，芯包包括阳极箔、阴极箔、内层电解纸和外层电解纸，芯包浸有电解液，其特征在于：所述内层电解纸和外层电解纸分别位于阴极箔和阳极箔的同一侧，按照重量份数计，电解液包括主溶剂45-52份、辅助溶剂15-26份、溶质25-32份、添加剂2-4份、消氢剂1-3份；其中，
主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.3-0.6:0.4-0.5的混合液；
辅助溶剂包括乙烯醇、碳酸乙烯酯重量份数比为1:1-1.3的混合液；
溶质包括十三烷三羧酸铵10-12份、1,7-癸二酸铵6-8份、2-甲基-2-乙基壬二酸盐4-5份；
添加剂包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧丙烷、氨三乙酸重量份数比为1:0.1-0.3:0.2-0.5的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种抗6KV雷击安规铝电解电容器，其特征在于：所述主溶剂包括乙二醇、磷酸三丁酯、聚甘油醚重量份数比为1:0.4-0.5:0.42-0.46的混合液。
3.根据权利要求1所述的一种抗6KV雷击安规铝电解电容器其特征在于：所述消氢剂为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.72-0.84的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种抗6KV雷击安规铝电解电容器其特征在于：所述消氢剂为对硝基苯酚、对硝基苯甲醇1:0.76-0.80的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种抗6KV雷击安规铝电解电容器其特征在于：所述内层电解纸材质为剑麻纤维，外层电解纸材质为西班牙草。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：裁切：裁切阴极箔、阳极箔和电解纸；
S2：钉绕：将正极导针穿过封装层与阳极箔钉接，将负极导针穿过封装层与阴极箔钉接；由下而上依次铺设阴极箔、内层电解纸、阳极箔、外层电解纸，再将阳极箔、阴极箔、电解纸卷绕成芯包；
S3：配制电解液：将主溶剂与辅助溶剂混合后，加热至50-70℃，然后加入溶质，搅拌均匀后获得混合液A；将混合液A加热至100-110℃，保温45-75min后，加入添加剂、消氢剂，搅拌均匀后冷却至室温；
S4浸渍：将芯包浸入电解液50-70min，使电解液充分浸渍到电解纸上；
S5：组装与老化：将浸渍好的芯包与壳体和封装层组装成电容器，并进行老化。
7.根据权利要求6所述的一种抗6KV雷击安规铝电解电容器的制备方法， 其特征在于：步骤S4中，将芯包于电解液中浸入20-35min后；将芯包内部抽真空进行真空浸渍5-10min，真空度为75-90KPa；再向芯包内通入压缩空气，至压力为3-8atm，进行加压浸渍10-20min。
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