CN110706930A - 一种高压固液混合型铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压固液混合型铝电解电容器及其制备方法，包括正极铝箔、负极钛箔、电解纸，以及包含在电解纸里面和附着于正极铝箔表面的导电高分子聚合物，以及包含在电解纸里面和附着于正极铝箔表面的电解液、铝壳、胶盖以及导针，导针安装于胶盖内并伸出于胶盖的外部，胶盖的外部还安装一座板，导针穿过座板伸出于外部。本发明能够在保有混合型铝电解电容器特性的前提下，能有好的一致性，有良好的长时间高温负载能力，而且有良好的抗震性能。

Description

一种高压固液混合型铝电解电容器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高压固液混合型铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
在汽车领域和网络应用领域，随着使用功率的增大，而且对输出直流电压的纹波电压要求足够小，而且外部的使用环境也较为复杂。以上需求应使用含有导电高分子材料的铝电解电容器才能满足电源的要求。而目前有采用固液混合型铝电解电容器以满足该类需求，如专利公告号CN 103560006 B所描述的在形成固态电解质后，再填充电解液，以提升电容器的修复能力,耐电流冲击能力。但目前普遍存在该类电容器的产品性能一致性差，耐久型下降等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种高压固液混合型铝电解电容器及其制备方法，使其在保有混合型铝电解电容器特性的前提下，能有好的一致性，有良好的长时间高温负载能力，而且有良好的抗震性能。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种高压固液混合型铝电解电容器，包括正极铝箔、负极钛箔、电解纸，以及包含在电解纸里面和附着于正极铝箔表面的导电高分子聚合物，以及包含在电解纸里面和附着于正极铝箔表面的电解液、铝壳、胶盖以及导针，导针安装于胶盖内并伸出于胶盖的外部。
一种高压固液混合型铝电解电容器，其特征在于：包括正极铝箔、负极钛箔、电解纸，以及包含在电解纸里面和附着于正极铝箔表面的导电高分子聚合物，以及包含在电解纸里面和附着于正极铝箔表面的电解液、铝壳、胶盖以及导针，导针安装于胶盖内并伸出于胶盖的外部，胶盖的外部还安装一座板，导针穿过座板伸出于外部。
作为优选的技术方案，所述座板包括底板、增强焊片、引线槽、定位点、正极护栏、负极护栏以及引线孔，引线孔开设在底板上，正极护栏、负极护栏安装于底板上，增强焊片设置于引线槽内。
作为优选的技术方案，所述定位点共有三个，分布于引线槽的两侧，采用三点定位的方式，其中一边为2个定位点，另一边为一个定位点。
作为优选的技术方案，所述座板的的主体材质为塑胶或者橡胶，增强焊片采用铜或钢的镀锡材料，其中焊片的宽度比引线槽单边宽0.05-0.10mm。
作为优选的技术方案，所述负极护栏的高度为2/5-4/5的电容器高度，正极护栏的高度为1/5-3/5的电容器高度，并确保正极护栏高度低于负极护栏高度0.3mm以上。
作为优选的技术方案，所述电解纸采用选用化学纤维电解纸作为隔离电解纸。
一种高压固液混合固态铝电解电容器的制造方法，具体包括以下步骤：
步骤1，形成芯包
采用钛箔作为电容器的负极极片，其中钛箔具备三层结构，表面的碳层，中间的二氧化钛(TiO2)层，以及内部的铝层，因具备有二氧化钛(Ti02)层，起到隔绝作用，使铝电解电容器有良好的耐高温负荷长寿命特性，钛箔可选用厚度为20-50μm，优选的为30μm；
可选用化学纤维电解纸作为隔离电解纸，其中化学纤维的成分可占90-100％，采用该种电解纸，可避免对电解纸的碳化过程，保证了电解纸的机械强度，优选的，电解纸的厚度为40-50μm,密度为0.30—0.50g/cm3；
把正极铝箔，负极钛箔，化学纤维电解纸，导针卷绕形成芯包；
步骤2，修复铝箔和导针
对正极铝箔和导针进行通电修复，修复所采用的化成液可以由己二酸铵，磷酸二氢铵，磷酸，碳酸氢铵的一种或几种组成，在通电修复后，应对芯包进行干燥，以去除芯包中的水分；
步骤3，形成固态电解质
采用高分子分散液进行含浸，以在芯包中形成固态电解质，其中分散液中的高分子材料可采用聚苯胺(PAn),聚吡咯(PPy),聚三四乙烯二氧噻吩-聚乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，其中含浸时采用真空与气压加压的交替环境，其中真空采用-92Kpa～-98Kpa,加压可采用0.2Mpa～0.4Mpa，在含浸完成后，进行加热烘干，其中烘干的温度可选择105～125℃；
步骤4，渗透电解液
渗透电解液到已形成电解质的芯包中，其中电解液可采用γ-丁内脂(GBL)为溶剂的电解液，采用该电解液，可避免水分掺杂在电解液中，并可形成较低的ESR值；
含浸电解液可采在抽真空的环境中进行，其中真空可采用-50Kpa～—70Kpa；
步骤5，密封芯包
采用铝壳和胶盖密封芯包，以形成电容器；
步骤6，老练修复电容器
在加温的环境中，通直流电对电容器进行老练，老练的问题可采用105-125℃。
本发明的有益效果是：(1)采用钛箔作为负极极片，钛箔有优异的耐溶剂和耐酸特性，可保证电容器的使用寿命，使电容器在高温负荷等环境中不会因负极极片受到损坏而导致电容器失效。
(2)选用化学纤维电解纸作为隔离电解纸，可减少了电解纸的碳化过程，减少了加工难度和能耗。并可保持了电解纸的机械性能，降低了电容器的失效概率。
(3)采用真空与加压交替的环境中含浸导电高分子分散液，可使分散液更好的渗透到芯包的极片以及电解纸表面，使电容器有更加佳的产品特性和提高了产品特性的一致性。
(4)采用γ-丁内脂(GBL)为溶剂体系的电解液可使电解液中有低的水含量，保证了电容器的寿命。并保证了电容器有较低的ESR值。采用在真空环境下渗透电解液，确保电解液能均匀的分布于芯包的铝箔表面。
(5)在适用时，采用了特定设计的座板，座板的材质优选选用橡胶，使座板有好的弹性形变性能，提升了电容器的抗震性。采用增强焊片，保证了在受到外力冲击时，承受冲击力的是底板，而非电容器内部。降低了电容器的失效风险。在座板的底部采用三点定位，确保座板在任何线路板中都可以有效的依靠三点定位。采用高护栏可保证电容器在受到外部力量时，护栏能起到保护作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的插件型电容器结构图；
图2为本发明的SMD型电容器结构图；
图3为本发明的座板主视图；
图4为本发明的座板俯视图；
图5为本发明的座板仰视图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，包括正极铝箔1、负极钛箔2、电解纸3，以及包含在电解纸3里面和附着于正极铝箔表面的导电高分子聚合物4，以及包含在电解纸3里面和附着于正极铝箔表面的电解液5、铝壳6、胶盖7以及导针8，导针8安装于胶盖内并伸出于胶盖的外部。
如图2所示，包括正极铝箔1、负极钛箔2、电解纸3，以及包含在电解纸3里面和附着于正极铝箔表面的导电高分子聚合物4，以及包含在电解纸3里面和附着于正极铝箔表面的电解液5、铝壳6、胶盖7以及导针8，导针安装于胶盖内并伸出于胶盖的外部，胶盖的外部还安装一座板9，导针穿过座板伸出于外部。
如图2-图5所示，座板9包括底板901、增强焊片902、引线槽903、定位点904、正极护栏905、负极护栏906以及引线孔907，引线孔907开设在底板901上，正极护栏、负极护栏安装于底板901上，增强焊片902设置于引线槽903内。
座板的的主体材质可以由塑胶，橡胶组成，优选的采用橡胶，以提升电容器的抗震性能。增强焊片可采用铜或钢的镀锡材料。其中焊片的宽度比引线槽单边宽0.05-0.1mm。定位点共有三个，分布于引线槽的两侧，采用三点定位的方式，其中一边为2个定位点，另一边为一个定位点。其中点位点的高度为0.10-0.15mm,以确保整个电容器由三个定位点定位，并避免了引线悬空虚焊。负极护栏的高度为2/5-4/5的电容器高度，正极护栏的高度为1/5-3/5的电容器高度，并确保正极护栏高度低于负极护栏高度0.3mm以上。
实施例1
制作35V470μF插件型混合型铝电解电容器，具体实施如下：
步骤一，采用正极铝箔，负极钛箔，引线，化学纤维电解纸卷绕制成芯包，其中钛箔选用的厚度为30μF。化学纤维电解纸选用100％化学纤维电解纸，厚度为40μm,密度为0.40g/cm3。
步骤二，化成修复芯包，包含铝箔和引线。把芯包焊接，并通电化成，其中化成修复后不用对电解纸进行碳化。
步骤三，采用聚三四乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作为分散液的高分子导电材料，在真空和加压的交替环境中含浸分散液。其中真空度选用-98Kpa,选用0.3Mpa的加压环境。含浸完成后进行干燥，干燥温度选用125℃，含浸到干燥的循环次数选用2次。
步骤四，选用溶剂为γ-丁内酯(GBL)的电解液，并在真空度为-50Kpa的条件下做含浸。
步骤五，选用铝壳，胶盖密封芯包，组成电容器。
步骤六，在125℃的条件下，通直流电对电容器进行修复老化。
实施例2
制作25V220μF贴片型固液混合型铝电解电容器。具体实施如下：
步骤一，采用正极铝箔，负极钛箔，引线，化学纤维电解纸卷绕制成芯包。其中钛箔选用30μF。电解纸选用100％化学纤维的电解纸，厚度为40μm，密度为0.35g/cm3。
步骤二，化成修复芯包，包含铝箔和引线。把芯包焊接，然后通电化成修复，其中化成液选用己二酸铵，磷酸二氢铵混合液。其中化成修复后不用对电解纸进行高温碳化处理。
步骤三，采用聚三四乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作为分散液的高分子导电材料，在真空和加压的交替环境中含浸分散液。其中真空度选用-98Kpa,选用0.3Mpa的加压环境。含浸完成后进行干燥，干燥温度选用125℃，含浸到干燥的循环次数选用2次。
步骤四，渗透电解液，选用溶剂为γ-丁内酯(GBL)的电解液，并在真空度为-50Kpa的条件下做含浸。
步骤五，选用铝壳，胶盖密封芯包，组成电容器。
步骤六，在125℃的条件下，通电对电容器进行修复老化。
步骤七，采用座板对经过高温老练修复后的电容器进行座板组装。座板的材质选用塑料。座板的底部引线槽里埋着加强焊片，其中引线槽的宽度为0.9mm,焊片的宽度为1.1mm，单边比引线槽宽0.1mm。焊片的底部包含有三个定位点，分布于引线槽两侧。其中一侧为1个，另1测为2个。其中定位点的高度为0.15mm。采用高护栏，其中负极护栏的高度为本体高度的4/5，正极护栏高度为本体高度的3/5。
对比例1
本对比例制作35V470μF插件型混合型铝电解电容器,采用的材料和方法除下面提到部分，均与实施例1相同。具体差异如下：
在步骤一，采用碳箔作为负极极片，其中，碳箔的厚度选用30μm。
在步骤四，采用常压含浸电解液，其中含浸时间与实例1相同，采用60S含浸。
对比例2
本对比例制作25V220μF贴片型固液混合型铝电解电容器。采用的材料和步骤除下面提到外，与实施例2完全相同，具体如下：
在步骤一，采用碳箔作为负极极片，其中，碳箔的厚度选用30μm。
在步骤七，采用目前通用的座板材料作为座板，进行加工组装。
把以上试验的电容器进行高温负荷试验，试验方法参考JIS C 5101的相关方法，试验的时间为10000小时，下面为试验的数据：
Figure BDA0002173304710000091
从数据分析，本发明所制造的电容器电性能的一致性明显高于对比例，而且在试验后的可靠性也明显优于对比例。
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，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高压固液混合型铝电解电容器，其特征在于：包括正极铝箔(1)、负极钛箔(2)、电解纸(3)，以及包含在电解纸里面和附着于正极铝箔表面的导电高分子聚合物(4)，以及包含在电解纸(3)里面和附着于正极铝箔表面的电解液(5)、铝壳(6)、胶盖(7)以及导针(8)，导针(8)安装于胶盖(7)内并伸出于胶盖(7)的外部。
2.一种高压固液混合型铝电解电容器，其特征在于：包括正极铝箔(1)、负极钛箔(2)、电解纸(3)，以及包含在电解纸里面和附着于正极铝箔表面的导电高分子聚合物(4)，以及包含在电解纸(3)里面和附着于正极铝箔表面的电解液(5)、铝壳(6)、胶盖(7)以及导针(8)，导针(8)安装于胶盖(7)内并伸出于胶盖(7)的外部，胶盖(7)的外部还安装一座板(9)，导针(8)穿过座板(9)伸出于外部。
3.如权利要求2所述的高压固液混合型铝电解电容器，其特征在于：所述座板(9)包括底板(901)、增强焊片(902)、引线槽(903)、定位点(904)、正极护栏(905)、负极护栏(906)以及引线孔(907)，引线孔(907)开设在底板(901)上，正极护栏(905)、负极护栏(906)安装于底板(902)上，增强焊片设置于引线槽(903)内。
4.如权利要求3所述的高压固液混合型铝电解电容器，其特征在于：所述定位点(904)共有三个，分布于引线槽(903)的两侧，采用三点定位的方式，其中一边为2个定位点，另一边为一个定位点。
5.如权利要求3所述的高压固液混合型铝电解电容器，其特征在于：所述座板(9)的主体材质为塑胶或者橡胶，增强焊片采用铜或钢的镀锡材料，其中焊片的宽度比引线槽单边宽0.05-0.10mm。
6.如权利要求3所述的高压固液混合型铝电解电容器，其特征在于：所述负极护栏(906)的高度为2/5-4/5的电容器高度，正极护栏的高度为1/5-3/5的电容器高度，并确保正极护栏高度低于负极护栏高度0.3mm以上。
7.如权利要求1至6任意一项所述的高压固液混合型铝电解电容器，其特征在于：所述电解纸(3)采用选用化学纤维电解纸作为隔离电解纸。
8.一种高压固液混合固态铝电解电容器的制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，形成芯包
采用钛箔作为电容器的负极极片，其中钛箔具备三层结构，表面的碳层，中间的二氧化钛(TiO2)层，以及内部的铝层，因具备有二氧化钛(Ti02)层，起到隔绝作用，使铝电解电容器有良好的耐高温负荷长寿命特性，钛箔可选用厚度为20-50μm，优选的为30μm；
可选用化学纤维电解纸作为隔离电解纸，其中化学纤维的成分可占90-100％，采用该种电解纸，可避免对电解纸的碳化过程，保证了电解纸的机械强度，优选的，电解纸的厚度为40-50μm,密度为0.30—0.50g/cm3；
把正极铝箔，负极钛箔，化学纤维电解纸，导针卷绕形成芯包；
步骤2，修复铝箔和导针
对正极铝箔和导针进行通电修复，修复所采用的化成液可以由己二酸铵，磷酸二氢铵，磷酸，碳酸氢铵的一种或几种组成，在通电修复后，应对芯包进行干燥，以去除芯包中的水分；
步骤3，形成固态电解质
采用高分子分散液进行含浸，以在芯包中形成固态电解质，其中分散液中的高分子材料可采用聚苯胺(PAn),聚吡咯(PPy),聚三四乙烯二氧噻吩-聚乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，其中含浸时采用真空与气压加压的交替环境，其中真空采用-92Kpa～-98Kpa,加压可采用0.2Mpa～0.4Mpa，在含浸完成后，进行加热烘干，其中烘干的温度可选择105～125℃；
步骤4，渗透电解液
渗透电解液到已形成电解质的芯包中，其中电解液可采用γ-丁内脂(GBL)为溶剂的电解液，采用该电解液，可避免水分掺杂在电解液中，并可形成较低的ESR值；
含浸电解液可采在抽真空的环境中进行，其中真空可采用-50Kpa～—70Kpa；
步骤5，密封芯包
采用铝壳和胶盖密封芯包，以形成电容器；
步骤6，老练修复电容器
在加温的环境中，通直流电对电容器进行老练，老练的问题可采用105-125℃。
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