CN110706929A - 一种耐高温长寿命的铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温长寿命的铝电解电容器，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、溶质、以及添加剂组成；所述电解液的溶剂为乙二醇；所述电解液的溶质包括壬二酸氢铵、十二双酸铵、柠檬酸氢二铵、和异癸二酸铵；所述添加剂包括对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、磷酸单丁酯、次亚磷酸铵、纳米二氧化硅、聚环氧乙烷醚、8‑羟基喹啉、和聚合硼酸酯。本发明通过以上电解液，可以提升电解液的耐温性能，减少电解液在高温时挥发降低饱和蒸汽压，提升电解液的电导率，降低的电容器DF、ESR值及电容内部自发热,进而提升高压铝电解电容器耐115℃以上高温的能力及保证寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电容器制造技术领域，特别是涉及了一种耐高温长寿命的铝电解电容器。
背景技术
铝电解电容器具有广泛的应用领域，如LED通用照明领域。LED被公认为21世纪“绿色照明”，具有“高节能”“寿命长”“多变幻”“利环保”“高新尖”等特点，LED通用照明成为最具市场潜力的行业热点。随着技术的不断发展，及成本的优化， 对铝电解电容器的耐高温和长寿命提出了更高的要求。
目前在国内外为LED配套的铝电解电容器生产行业中，铝电解电容器耐高温性能一般为-25～+115℃，寿命在105℃下正常工作时间要求达到10000小时的寿命，115℃下正常工作时间达到4000小时的寿命，能满足上述应用要求的铝电解电容器生产厂家寥寥，在耐高温长寿命的铝电解电容器市场存在较大的市场需求量。
目前的铝电解电容器因设计上的缺陷，在上述大功率的应用条件下其寿命时间远远达不到客户的设计要求。其电解液由于采用105℃或115℃耐温，在可达115℃以上高温工作温度下，电容器容易造成由于电解液耐温不够而引起的电容器防爆阀鼓起动作，电解液泄漏，使电容器过早失效。其次，申请人发现，其电解液电导率不高，生产出的电容器DF、ESR值偏高，在承受小体积大功率LED工矿灯的大纹波电流时，电容内部自发热严重，电容器容易出现防爆阀鼓起动作，电解液泄漏，使电容器寿命过早失效。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种耐高温长寿命的铝电解电容器。
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、溶质、以及添加剂组成；
所述电解液的溶剂为乙二醇；
所述电解液的溶质包括壬二酸氢铵、十二双酸铵、柠檬酸氢二铵、和异癸二酸铵；
所述添加剂包括对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、磷酸单丁酯、次亚磷酸铵、纳米二氧化硅、聚环氧乙烷醚、8-羟基喹啉、和聚合硼酸酯。
进一步地，所述电解液的组分按重量百分含量计包括：溶剂40~57.8%、溶质30-40%，及添加剂12.2-21％，各组分共计100％。
进一步地，电解液中各溶质的重量百分含量为：壬二酸氢铵15~20%、十二双酸铵5~8%、柠檬酸氢二铵3~5%、异癸二酸铵7~10%。
进一步地，电解液中各添加剂的重量百分含量为：对硝基苯甲酸铵5~8%、对硝基苯酚3~5%、磷酸单丁酯0.8~2.0%、次亚磷酸铵0.8~1.5%、纳米二氧化硅1.0~1.5%、聚环氧乙烷醚0.5~1.0%、8-羟基喹啉0.6~1.0%、聚合硼酸酯0.5~1.0。
进一步地，所述芯包由电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔层叠卷绕而成；阳极铝箔和阴极铝箔上分别连接有导针，所述导针通过钉接工艺与铝箔连接；导针与铝箔的钉接面积为S1，导针与铝箔的重合面积为S2，S1／（S2+ S1）＞＝35~45％。
进一步地，所述空间率=（壳体内部体积-芯包体积）÷壳体内部体积×100%，所述芯包的直径不大于22mm，空间率不低于８%。
进一步地，所述空间率=（壳体内部体积-芯包体积）÷壳体内部体积×100%，当芯包的直径大于22mm，间率不低于14%。
本发明具有如下有益效果：
本发明的一种耐高温长寿命的铝电解电容器，在电容器的生产过程中，采用本发明特定的电解液，即以己二醇作为溶剂，以壬二酸氢铵、十二双酸铵、柠檬酸氢二铵、异癸二酸铵作为溶质，以硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、磷酸单丁酯、次亚磷酸铵、纳米二氧化硅、聚环氧乙烷醚、8-羟基喹啉、聚合硼酸酯作为添加剂，通过电解液的多种组分协同作用，可以提升电解液的耐温性能，减少电解液在高温时挥发降低饱和蒸汽压，提升电解液的电导率，降低的电容器DF、ESR值及电容内部自发热,进而提升高压铝电解电容器耐115℃以上高温的能力及保证寿命。该电解液的技术效果是由溶剂、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。
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；
图2为本发明实施例所述的铝箔和导针的钉接结构示意图。
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、60-钉花。
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高温长寿命的铝电解电容器, 铝电解电容器包括：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。电解纸可采用双层或四层搭配设计。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优选为铝箔。正极导针30和负极导针30优选为铝导针。
为了避免由于电解液耐温不够而导致电解液泄漏、电容器过早失效，发明人开发了具有耐高温且较高电导率的电解液。电解液包括溶剂、溶质、以及添加剂。以上电解液的组分，按重量百分含量计包括：溶剂40~57.8%、溶质30-40%，及添加剂12.2-21％。
溶剂为己二醇。需要说明的是，溶剂只是己二醇，不包含水。因高温、高压电解液不加纯水，加水后就耐不了115℃高温。
选用壬二酸氢铵、十二双酸铵、柠檬酸氢二铵、异癸二酸铵为溶质来提升产品高温稳定性。电解液中各溶质的重量百分含量为：壬二酸氢铵15~20%、十二双酸铵5~8%、柠檬酸氢二铵3~5%、异癸二酸铵7~10%。
在溶质方面，壬二酸氢铵和十二双酸铵均为直链羧酸铵盐液。在传统的乙二醇体系中加入直链羧酸铵盐来配制，使所配制的电解液可获得较高的火花电压，有利于提高电解液的耐温值，减少电解液在高温时挥发，降低饱和蒸汽压，避免电容器过早失效；柠檬酸氢二铵作为一种含羟基羧酸铵盐，具有提升电解液的闪火电压的作用，可应用于中高压铝箔化成溶质，也可以用作中高压铝电解电容器电解液添加剂使用；另外加入异癸二酸铵，可进一步获得高电导率和高闪火电压的电解液。通过使电解液的闪火电压比一般电解液的高，因此电解液反应时产生的汽体会少点，电解液挥发少，电容内部饱和蒸汽压自然也相对降低。
在添加剂方面，选用对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、磷酸单丁酯、次亚磷酸铵、纳米二氧化硅、聚环氧乙烷醚、8-羟基喹啉、聚合硼酸酯为添加剂。电解液中各添加剂的重量百分含量为：对硝基苯甲酸铵5~8%、对硝基苯酚3~5%、磷酸单丁酯0.8~2.0%、次亚磷酸铵0.8~1.5%、纳米二氧化硅1.0~1.5%、聚环氧乙烷醚0.5~1.0%、8-羟基喹啉0.6~1.0%、聚合硼酸酯0.5~1.0。
对硝基苯酚可抑制或消除氢气，用于降低电容器等效串联电阻；在电解液中加入适量的对硝基苯甲酸铵，对硝基苯甲酸铵有更高的电导率，使电解液具有更高的电导率，因此可以提升电解液的电导率，降低的电容器DF、ESR值及电容内部自发热。磷酸单丁酯在电容器中起到抑制铝箔水合反应的作用，同时，它作为一种缓蚀剂，对铝箔表面的氧化膜有一定的修复和保护作用。保证电容器的性能及寿命。聚合硼酸酯表面活性剂（PBE）具有优异的抗静电、抗磨润滑、热稳定性及电化学稳定性，应用于电解质溶液，可提高离子导电性，改善电解液的电导率。
添加剂是电解质体系不可缺少的部分，并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。已知的用于电解液的添加剂种类众多，本发明人对大量的添加剂进行筛选、优化，从而筛选确定出适合添加在本发明中的添加剂的种类。
以上溶剂与溶质及添加剂的配合使用能够减少电解液在高温时挥发，降低饱和蒸汽压，提升电解液的电导率，降低的电容器DF、ESR值及电容内部自发热，进而提升铝电解电容器耐115℃以上高温的能力，提高产品的寿命。
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。本发明人通过对电解液的组成和配比进行改进，经过发明人多次的试验研究，发明人出乎意料地发现，在电容器的生产过程中，采用本发明特定的电解液，即以己二醇作为溶剂，以壬二酸氢铵、十二双酸铵、柠檬酸氢二铵、异癸二酸铵作为溶质，以硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、磷酸单丁酯、次亚磷酸铵、纳米二氧化硅、聚环氧乙烷醚、8-羟基喹啉、聚合硼酸酯作为添加剂，通过电解液的多种组分协同作用，可以提升电解液的耐温性能，减少电解液在高温时挥发降低饱和蒸汽压，提升电解液的电导率，降低的电容器DF、ESR值及电容内部自发热，进而提升高压铝电解电容器耐115℃以上高温的能力及保证寿命。该电解液的技术效果是由溶剂、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。
电解液的组分按重量百分含量计，电解液有以下具体实施例。
电解液的具体实施例一：
1)溶剂：57.8%的己二醇；
2) 溶质： 15%的壬二酸氢铵、5%的十二双酸铵、3%的柠檬酸氢二铵、7%的异癸二酸铵；
3) 添加剂：5%的对硝基苯甲酸铵、3%的对硝基苯酚、0.8%的磷酸单丁酯、0.8%的次亚磷酸铵、1.0%的纳米二氧化硅、0.5%的聚环氧乙烷醚、0.6%的8-羟基喹啉、0.5%的聚合硼酸酯；
电解液的具体实施例二：
1)溶剂：40%的己二醇；
2) 溶质： 17%的壬二酸氢铵、8%的十二双酸铵、4%的柠檬酸氢二铵、10%的异癸二酸铵；
3) 添加剂： 8%的对硝基苯甲酸铵、5%的对硝基苯酚、2.0%的磷酸单丁酯、1.5%的次亚磷酸铵、1.5%的纳米二氧化硅、1.0%的聚环氧乙烷醚、1.0%的8-羟基喹啉、1.0%的聚合硼酸酯；
电解液的具体实施例三：
1) 溶剂：46.2%的己二醇；
2) 溶质： 20%的壬二酸氢铵、7%的十二双酸铵、5%的柠檬酸氢二铵、8%的异癸二酸铵；
3) 添加剂：6%的对硝基苯甲酸铵、3%的对硝基苯酚、0.9%的磷酸单丁酯、0.9%的次亚磷酸铵、1.1%的纳米二氧化硅、0.6%的聚环氧乙烷醚、0.7%的8-羟基喹啉、0.6%的聚合硼酸酯；
另外，在关键工艺增加控制点，对钉接孔的数量进行控制：在导针与铝箔钉接时，尽可能开满钉接孔，使导针与铝箔充分接触，降低电容器承受纹波电流时导针与铝箔接触点之间的发热量，提升纹波电流的流通面积。导针舌部通过钉针刺穿与铝箔钉接。刺穿点被压平后成花瓣的形状。如图2所示，钉接后，假设铆钉与导针的钉接面积为S1，导针与铝箔的重合面积为S2，S1／（S2+ S1）＞＝35~45％。
以上导针还可以换作导箔条。
为了避免防爆阀鼓起，可通过以下两方面进行控制。其一，对电容器的空间率进行控制，使电容器内部留有足够空间。空间率=（壳体内部体积-芯包体积）÷壳体内部体积×100%。当芯包的直径不大于22mm时，要求空间率不低于８%；当芯包的直径大于22mm时，要求空间率不低于14%。通过合适的空间率控制，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。其二，在芯包含浸完成出缸后到完成组装的时间上也需要进行控制，具体需要控制在2小时内完成，防止芯包暴露在大环境中吸收空气中的水分，防止电容器承受高温时因水分挥发而导致的防爆阀鼓起。
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。本发明人通过对电解液的组成和配比进行改进，经过发明人多次的试验研究，发明人出乎意料地发现，采用本发明特定的电解液，即以己二醇作为溶剂，以壬二酸氢铵、十二双酸铵、柠檬酸氢二铵、异癸二酸铵作为溶质，以硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、磷酸单丁酯、次亚磷酸铵、纳米二氧化硅、聚环氧乙烷醚、8-羟基喹啉、聚合硼酸酯作为添加剂，通过合理调控各组分的添加量，多种组分协同作用，可以提升电解液的耐温性能，减少电解液在高温时挥发降低饱和蒸汽压，提升电解液的电导率，降低的电容器DF、ESR值及电容内部自发热，进而提升高压铝电解电容器耐115℃以上高温的能力及保证寿命。该电解液的技术效果是由溶剂、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、本申请的电容器，在导针与铝箔钉接时，尽可能开满钉接孔，使导针与铝箔充分接触。
3、对电容器的空间率进行控制通过合适的空间率控制，使电容器内部留有足够空间，使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。
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 (7)
1.一种耐高温长寿命的铝电解电容器，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、溶质、以及添加剂组成；
所述电解液的溶剂为乙二醇；
所述电解液的溶质包括壬二酸氢铵、十二双酸铵、柠檬酸氢二铵、和异癸二酸铵；
所述添加剂包括对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、磷酸单丁酯、次亚磷酸铵、纳米二氧化硅、聚环氧乙烷醚、8-羟基喹啉、和聚合硼酸酯。
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40~57.8%、溶质30-40%，及添加剂12.2-21％，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，电解液中各溶质的重量百分含量为：壬二酸氢铵15~20%、十二双酸铵5~8%、柠檬酸氢二铵3~5%、异癸二酸铵7~10%。
4.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，电解液中各添加剂的重量百分含量为：对硝基苯甲酸铵5~8%、对硝基苯酚3~5%、磷酸单丁酯0.8~2.0%、次亚磷酸铵0.8~1.5%、纳米二氧化硅1.0~1.5%、聚环氧乙烷醚0.5~1.0%、8-羟基喹啉0.6~1.0%、聚合硼酸酯0.5~1.0。
5.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；阳极铝箔和阴极铝箔上分别连接有导针，所述导针通过钉接工艺与铝箔连接；导针与铝箔的钉接面积为S1，导针与铝箔的重合面积为S2，S1／（S2+ S1）＞＝35~45％。
6.根据权利要求5所述的电解电容器，其特征在于，所述空间率=（壳体内部体积-芯包体积）÷壳体内部体积×100%，所述芯包的直径不大于22mm，空间率不低于8%。
7.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，空间率=（壳体内部体积-芯包体积）÷壳体内部体积×100%，当芯包的直径大于22mm，间率不低于14%。
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