CN110875148A

CN110875148A - 电容器的老化方法

Info

Publication number: CN110875148A
Application number: CN201911127995.7A
Authority: CN
Inventors: 陈如祥; 董维福; 李刚; 宋毅臻; 何凤荣
Original assignee: DONGGUAN DONGYANGGUANG CAPACITY Co Ltd; Dongguan HEC Tech R&D Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Dongyangguang Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-03-10
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: CN110875148B

Abstract

本发明涉及电容器的老化方法，该方法包括：(1)将电容器加压至第一老化电压V1，所述第一老化电压V1是通过如下公式确定的：V1＝电解液初始闪火电压‑20V；(2)将加压至第一老化电压V1的电容器继续分步加压至最高老化电压V2。发明人发现，该方法可以有效减少产品内部微闪火现象以及起鼓现象。

Description

电容器的老化方法

技术领域

本发明涉及新能源材料领域，具体地，本发明涉及电容器的老化方法。

背景技术

在铝电解电容器中，老化是提高产品性能的重要工序。该工序就是以额定工作电压和电流在额定的温度条件下对电容器进行再化成处理，以剔除不良品以及修补在切箔、刺铆和卷绕等工序中对电极铝箔上的氧化膜造成的损伤，降低产品漏电流，提高其寿命。

电解液作为电容器的实际阴极，在电容器中起到修补氧化膜的作用，而电解液的闪火电压直接影响到产品的参数性能、耐压性能和使用寿命。电解液的闪火曲线分为2个阶段：

第一阶段：2Al³⁺+3O^2-→Al₂O₃

即氧化膜修补阶段(正常区)，电解液修补箔片边缘受损的地方生成氧化膜。

第二阶段：2O^2-–4e→O₂

即电解液闪火阶段(闪火区)，由于测试电解液的箔片氧化膜结构在形成过程中并不是完全均匀一致的，故在氧化膜那些薄弱或是有缺陷部位的地方施加电压产生的场强如果超过它能承受的场强，局部过电压就会引起氧化膜局部发热，发生闪火现象，随着时间的延长，闪火越剧烈，振幅越大，产生大量气体。

如今，随着产品往高电压(额定工作电压≥550V)、小体积、高耐热方面的高速发展，对电解液提出了高耐热、高电导、高闪火电压的要求，但是无奈适用于该领域的材料较少，且高温稳定性差，闪火电压偏低，易发生热分解、酰胺化以及酯化等反应，闪火电压提升困难，最终导致电解液的初始闪火电压略低于产品的额定工作电压，最高闪火电压略高于老化电压。

此时，如若按照常规老化方式进行老化(即从0V直接升至额定老化电压值)，将导致产品老化时出现微闪火现象，内部温升变高，而随着时间的延长，闪火现象越来越剧烈，产品内部将产生大量的气体，导致产品的内部蒸气压变大，电解液从阳极箔的孔洞中挤出，无法起到修补氧化膜的作用，最终导致产品的参数性能变差、起鼓严重、寿命变短。

因此，电容器的老化方法还需进一步研究。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

影响电容器老化的四大要素是电压、电流、时间和温度。其中老化电压主要取决于电解液的闪火电压。而电解液的闪火电压分为初始闪火电压(初始闪火电压为电解液开始发生闪火现象时的电压，也即氧负离子在氧化膜表面放电使得介质氧化膜击穿时刻的电压)和最高闪火电压(最高闪火电压为箔片在电解液升压测试过程中发生初始闪火之后在恒定时间内所达到的最高电压值)。

老化一般分三个阶段：

第一阶段：常温升压和常温恒压，老化电压≥额定工作电压+0.1～35V；

老化电压高于额定工作电压主要是防止产品在使用中因电压不稳而引起的过电压现象导致产品击穿失效。但是如果电压过高会导致电解液闪火，产品发热严重、出现击穿；电流过大，会加快反应的速度，从而使产品内部发热严重。恒压阶段是当电压升至规定的电压后，稳定一段时间，使修补氧化膜的结构更加完美。

第二阶段：高温老化，老化电压＝额定工作电压

高温老化是在电容器的正极限温度下老化。利用高温将电容器的氧化膜进行晶型转换，稳定氧化膜的晶型结构。该阶段对提高产品的寿命特性和降低漏电流非常重要。如果说第一阶段常温老化是修补氧化膜，那么第二阶段高温老化就是稳定氧化膜。

第三阶段：常温老化，老化电压＝额定工作电压

高温后常温老化是防止氧化膜因室温的急剧变化而产生龟裂(氧化膜因热胀冷缩的原因)。特别是高压产品比较明显，其原因是在充电的情况下使温度冷却至室温，如有裂纹可以再修补。

总之，三个老化阶段中，第一阶段的老化电压最高。因此，本发明主要是针对上述常规老化方式中出现的不足，根据电解液的闪火曲线对第一阶段的老化方式进行调整，从而控制铝电解电容器老化时的升压速率，从根本上减少产品内部微闪火现象以及起鼓现象。第二、三阶段老化参数保持不变。

为此，发明人根据电解液的闪火曲线对产品第一阶段老化电压进行分步设置，将电解液初始闪火电压以下的部分称为正常区，初始闪火电压以上的区域称为闪火区(例如图1)。由于正常区闪火电压余量足，不会出现闪火现象和气体，因此可以按标准电流升压，提高效率；但是闪火区越往后闪火越剧烈，振幅越大，所以该部分要求步数多、升压值小、升压电流小、速率慢，保证产品不要剧烈闪火，降低产品的产气和温升。坚持最高闪火电压与最高老化电压值越接近，则步数越多的原则，以初始闪火电压值20V以下为第一步老化电压值，之后电压到最高老化电压值之间的步数以最高闪火电压值与最高老化电压的差值来进行分步。

具体地，在本发明的第一方面，本发明提出了一种电容器的老化方法。根据本发明的实施例，所述老化方法包括：

(1)将电容器加压至第一老化电压V1，所述第一老化电压V1是通过如下公式确定的：

V1＝电解液初始闪火电压-20V；

(2)将加压至第一老化电压V1的电容器继续分步加压至最高老化电压V2，分步加压中，每步升压电压V3是通过如下公式确定的：

V3＝(V2-V1)/步数，所述步数是通过下表确定的：

电解液最高闪火电压-最高老化电压V2	步数
		10～20V	6
21～40V	5
		41～70V	4
≥71V	3

需要说明的是，电解液初始闪火电压和电解液最高闪火电压是通过测试电解液的闪火曲线获得的；最高老化电压V2比电容器额定工作电压高0.1～35V，如高5、10、15、20、25或30V。也就是说，电解液初始闪火电压、电解液最高闪火电压、电容器额定工作电压均属于电容器的固有参数，而最高老化电压可以依据电容器固有参数即额定工作电压来获得。发明人发现，第一阶段采用上述老化方式时，可以有效减少产品内部微闪火现象以及起鼓现象。

根据本发明的实施例，上述方法还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：

根据本发明的实施例，步骤(1)和步骤(2)中每步的恒压时间T是通过如下公式确定的：T＝1/总步数*额定恒压时间，所述总步数＝步骤(1)中所确定的步数+步骤(2)中所确定的步数。需要说明的是，额定恒压时间没有一定的计算方法，可以根据自身的工艺、产品稳定性、成本等因素来综合考虑确定。额定恒压时间越长，产品性能越稳定，但成本升高。在一些实施例中，额定恒压时间为30～120min，如为30、40、50、60、70、80、90、100、110或120min。由此，可以进一步有效减少产品内部微闪火现象以及起鼓现象。

根据本发明的实施例，加压至第一老化电压V1过程中，升压电流为额定升压电流。需要说明的是，升压电流主要用于控制老化电压变化过程中电压的变化速率。而额定升压电流属于电容器的固有参数。由于加压至第一老化电压V1过程属于正常区，正常区闪火电压余量足，不会出现闪火现象和气体，因此可以按额定升压电流升压，以提高效率。

根据本发明的实施例，分步加压过程中，每步的升压电流比前一步升压电流降低0.1倍的额定升压电流。需要说明的是，步骤(2)的分步升压过程中，第一步的升压电流比步骤(1)中的升压电流(即额定升压电流)降低0.1倍的额定升压电流。由于分步加压过程涉及到闪火区，而闪火区越往后闪火越剧烈，振幅越大，所以该部分要求升压电流小、速率慢，保证产品不要剧烈闪火，降低产品的产气和温升。由此，可以进一步有效减少产品内部微闪火现象以及起鼓现象。

根据本发明的实施例，步骤(1)和步骤(2)是在常温条件下进行的。需要说明的是，常温指的是室温，即室内的温度。在一些实施例中，步骤(1)和步骤(2)是在温度为10～40℃，如12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36或38℃的条件下进行的。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：(3)将加压至最高老化电压V2的电容器在额定工作电压下恒压老化180～240分钟。在一些实施例中，所述方法进一步包括：(3)将加压至最高老化电压V2的电容器在额定工作电压下恒压老化180分钟。根据本发明的实施例，步骤(3)是在温度为85～125℃，如85、86、88、90、95、100、105、110、115、120或125℃的条件下进行的。根据本发明的实施例，步骤(3)中的升压电流为额定升压电流。其中，额定升压电流和额定工作电压都属于电容器的固有参数。由此，可以进一步有效减少产品内部微闪火现象以及起鼓现象。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：(4)将电容器继续在额定工作电压下恒压老化30～60分钟。在一些实施例中，所述方法进一步包括：(4)将电容器继续在额定工作电压下恒压老化60分钟。根据本发明的实施例，步骤(4)是在常温条件下进行的。其中，常温的含义如前所述。在一些实施例中，步骤(4)是在温度为10～40℃，如12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36或38℃的条件下进行的。根据本发明的实施例，步骤(4)中的升压电流为额定升压电流。其中，额定升压电流和额定工作电压都属于电容器的固有参数。由此，可以进一步有效减少产品内部微闪火现象以及起鼓现象。

附图说明

图1是根据本发明实施例的电容器电解液闪火曲线示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明根据电解液的闪火曲线对产品第一阶段老化电压进行分步设置，将电解液初始闪火电压以下的部分称为正常区，初始闪火电压以上的区域称为闪火区(例如图1)。由于正常区闪火电压余量足，不会出现闪火现象和气体，因此可以按标准电流升压，提高效率；但是闪火区越往后闪火越剧烈，振幅越大，所以该部分要求步数多、升压值小、升压电流小、速率慢，保证产品不要剧烈闪火，降低产品的产气和温升。坚持最高闪火电压与最高老化电压值越接近，则步数越多的原则，以初始闪火电压值20V以下为第一步老化电压值，之后电压到最高老化电压值之间的步数以最高闪火电压值与最高老化电压的差值来进行分步，具体见下表1。

表1：闪火区老化参数设置

备注：第一阶段总步数＝M+1。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。

实施方案

分别制备用于常规不分步方式、常规分步方式和本实施例方式老化的铝电解电容器，各制造10只，每只都进行老化并进行负载实验。铝电解电容器的规格为600V390μF，Φ35*55mm，负载条件为：105℃2000H 120Hz I_纹波：2.12A/只。其中电解液的初始闪火电压为580V，最高闪火电压为660V(具体见图1)。

采用常规不分步方式(即老化第一阶段不分步直接升压)、常规分步方式(即老化第一阶段总电压平均分三步进行升压)和本实施例方式对铝电解电容器进行老化的方法分别如表2、表3和表4所示。

表2：常规不分步方式

表3：常规分步方式

表4：本实施例

表4中第一老化阶段的相关参数参照闪火区老化参数设置(表1)以及电容器的电解液的闪火参数进行计算：

1、电解液的初始闪火电压为580V，则第一步老化电压值为580V-20V＝560V；

2、电解液的最高闪火电压与最高老化电压差值为最高闪火电压-最高老化电压，即660V-630V＝30V，对照表1可知，则第一阶段闪火区老化步数为5步，总步数＝正常区步数+闪火区步数，即1步+5步＝6步；

3、第一阶段第一步的升压电流为额定升压电流，后续每步的升压电流为步数每增加1步，升压电流减少0.1*额定升压电流值，即0.1*7mA＝0.7mA；

4、第一阶段每步恒压时间为1/第一阶段总步数*额定恒压时间，即1/6*60min＝10min。

5、第一阶段的老化温度与常规老化温度一致；

6、第二阶段、第三阶段老化工艺与常规老化工艺一致。

将铝电解电容器按照上表2、上表3和上表4的方法进行老化后，老化结果如下表5所示。且在前述负载条件下，负载实验结果如下表6所示。

表5：老化结果

表6：负载实验结果

从上表5和表6的实验结果可知，采用分步方式老化，产品的性能比不分步老化产品性能更优。同时，虽然本实施例中的分步步骤比常规不分步方式、常规分步方式多，但是整体时间基本一致(相差4min)，不会对生产效率和成本产生大的影响。而且使用常规不分步老化方式和常规分步方式的产品老化完成后比本实施例中的产品起鼓严重，且参数值均处于劣势；随着测试时间的延长均表现为起鼓漏液，其中常规老化不分步方式产品1500H全部失效，常规老化分步方式产品2000H全部失效；而使用本实施例老化的产品2000H各项参数均满足实验要求，且无漏液现象。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种电容器的老化方法，其特征在于，包括：

V1＝电解液初始闪火电压-20V；

V3＝(V2-V1)/步数，所述步数是通过下表确定的：

其中，所述最高老化电压V2比电容器的额定工作电压高0.1～35V。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中每步的恒压时间T是通过如下公式确定的：

T＝1/总步数*额定恒压时间，所述总步数＝步骤(1)中所确定的步数+步骤(2)中所确定的步数；

任选地，所述额定恒压时间为30～120min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加压至第一老化电压V1过程中，升压电流为额定升压电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分步加压过程中，每步的升压电流比前一步升压电流降低0.1倍的额定升压电流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)是在常温条件下进行的；

任选地，步骤(1)和步骤(2)是在温度为10～40℃的条件下进行的。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(3)将加压至最高老化电压V2的电容器在额定工作电压下恒压老化180～240分钟，优选180分钟。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(3)是在温度为85～125℃的条件下进行的。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的升压电流为额定升压电流。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(4)将电容器继续在额定工作电压下恒压老化30～60分钟，优选60分钟。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(4)是在常温条件下进行的；

任选地，步骤(4)是在温度为10～40℃的条件下进行的；

任选地，步骤(4)中的升压电流为额定升压电流。