CN111029152B - 一种车载电子专用的铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载电子专用的铝电解电容器，电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：20%‑35%，添加剂15%‑20%，余量为溶剂；所述溶质为壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐，所述添加剂为防水合剂，所述溶剂为乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐。本发明中，芯包浸有特定组成和配比的电解液；所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔；所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.8mΩ以下，所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为1mΩ以下。通过对工艺材料和条件的改进，整体协同，铝电解电容器在‑40℃～125℃温度范围内具有热稳定性，在105℃下使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及了铝电解电容器技术领域，特别是涉及了一种车载电子专用的铝电解电容器。
背景技术
当前，我国铝电解电容器制造企业的市场以平板电视、显示器、DVD、电子镇流器、计算机、音响等消费类产品及普通工业类产品为主。随着世界铝电解电容器行业越来越向中国集中，艾华集团及少数国内的铝电解电容器生产厂商也掌握了高端技术并批量生产高档的电子镇流器、太阳能、风力发电、通讯和开关电源、变频器、汽车电子等专用铝电解电容器。
随着汽车电子行业的发展，电容器在上限温度工作下的使用寿命不断改善，125℃的电容器的寿命从1000-2000h提高到3000-5000h，上限工作温度150℃，寿命1000-2000h的铝电解电容也量产化。随着车载用电解电容器工作环境的愈演愈劣，对铝电解电容器的性能要求越来越高，如寿命长、使用温度范围宽等。
但本申请的发明人在实现本申请实施例的过程中，发现目前铝电解电容器在使用时存在一定的弊端：（1）目前的车载电子用铝电解电容器在105℃的条件下使用寿命短，在使用过程中电容器容易造成抑制电解液蒸发，从而实现不了高温下的稳定性；其电解液在高温下条件下抑制酯化的能力不强，生产出的电容器DF、ESR值偏高，在承受长时间及高温时，电容内部会产生发热，电容器容易产生气体导致鼓起，电解液泄漏，使电容器寿命过早失效；（2）铝电解电容器品面向汽车电子用途，尤其适用于车载DVD配备，用于车载DVD的电容器在耐高温方面有严格要求，车辆行驶时受发动机辐射热影响需要在高温环境中工作，而停车时受外部较低气温影响又要求具备耐低温性。具体而言，就是要求在-40℃左右低温区到+125℃左右高温区的大温度范围内具备热稳定性，但是现有的铝电解电容器在工作温度范围为-40℃～+125℃下不能长时间稳定工作。
因此，提供一种105℃的条件下使用寿命长，同时在一个宽的工作温度范围内（-40℃～125℃）仍能保持高的热稳定性的车载电子专用铝电解电容器已经成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种车载电子专用的铝电解电容器。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种车载电子专用的铝电解电容器，包括外壳，所述外壳内设置芯包，所述芯包上含浸有电解液；所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：20%-35%，添加剂15%-20%，余量为溶剂；所述溶质为壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐，所述添加剂为防水合剂，所述溶剂为乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐。
进一步地，所述壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐的质量比为（3-5）：（2-4）：（1-3）：（0.5-1.5）。
进一步地，所述乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐的质量比为（3-6）：（1-3）：（2-4）。
进一步地，所述防水合剂选自次亚磷酸铵、磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、硅酸化合物、和铝盐中的一种或几种。
进一步地，所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成；正极导针和负极导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上；所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔。
进一步地，所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.8mΩ以下，所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为1mΩ以下。
进一步地，所述芯包含浸电解液时，周期性对其加载负压和正压。
本发明具有如下有益效果：
本发明人对电解液的配方进行改进，对电解液中添加的溶质、溶剂、及添加剂的组分进行了筛选设计，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，即采用壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐作为溶质，采用乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐作为溶剂，采用防水合剂作为添加剂，通过合理调控各组分的添加量，多种组分协同作用，能使电解电容器在105℃下使用寿命长，拓宽铝电解电容器的工作温度范围，使其工作温度范围为-40℃～125℃下能长时间稳定工作。
本发明中，芯包浸有特定组成和配比的电解液；所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔；所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.8mΩ以下，所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为1mΩ以下。通过对工艺材料和条件的改进，整体协同，铝电解电容器在-40℃～125℃温度范围内具有热稳定性，在105℃下使用寿命长达12000小时。
具体实施方式
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
正如背景技术所描述的，现有技术中车载电子用铝电解电容器存在在105℃下使用寿命短以及在工作温度范围为-40℃～125℃下不能长时间稳定工作的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车载电子专用的铝电解电容器。
一种车载电子专用的铝电解电容器，包括外壳，所述外壳内设置芯包，所述芯包上含浸有电解液。
所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：20%-35%，添加剂15%-20%，余量为溶剂。
所述溶质的重量百分含量为20%-35%，例如可为20%、22%、25%、28%、30%、32%或35%，或这些数值形成的区间范围。
所述添加剂的重量百分含量为15%-20%，例如可为15%、16%、17%、18%、19%或20%，或这些数值形成的区间范围。
所述溶质为壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐，所述壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐的质量比为（3-5）：（2-4）：（1-3）：（0.5-1.5），更优选地，所述壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐的质量比为4:3:2:1。本发明中，采用壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐作为溶质，使电解液具有高的闪火电压和更长的使用寿命。
需要说明的是，本发明对含有环丁烷基团的羧酸盐的种类没有特别限制，以本领域技术人员熟知的含有环丁烷基团的羧酸盐即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况进行选择和调整。
所述溶剂为乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐；所述乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐的质量比为（3-6）：（1-3）：（2-4），更优选地，所述乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐的质量比为5:2:3。本发明中，采用乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐复配作为溶剂，使其在高温下条件下抑制酯化的能力加强，从而提高了高温稳定性，改善其低温性能，支链羧酸盐的溶解度和热稳定性均优于直链羧酸盐，拓展高温稳定范围，满足电容器 -40~+125℃范围内的性能要求。
需要说明的是，本发明对支链羧酸盐的种类没有特别限制，以本领域技术人员熟知的支链羧酸盐即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况进行选择和调整。作为优选，所述支链羧酸盐为靠近羧基的α-位的碳原子上有支链烷烃基的羧酸盐，这种支链烷基由于其位阻作用等对旁边的羧基有保护作用，能较大程度地抑制与醇的酯化反应。
本发明中以防水合剂作为添加剂，可以在铝氧化膜表面形成一层网络状磷酸铝转化膜来抑制水分子的侵入，这层磷酸铝转化膜结构是稳定的，抗水合能力高，耐腐蚀能力强，可有效地抑制介质氧化膜的水合作用。本发明中，对防水合剂没有特殊限制，可以是任何允许用于电解液的防水合剂。作为优选，所述防水合剂选自次亚磷酸铵、磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、硅酸化合物、和铝盐中的一种或几种；更优选地，所述防水合剂为次亚磷酸铵、磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、硅酸化合物、和铝盐的混合物。本发明中涉及的“次亚磷酸铵、磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、硅酸化合物、和铝盐中的几种”可以为几种物质按照任何合适的比例进行的组合，本发明对这几种物质之间的用量比例关系不作要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要，选择合适的用量比例关系，但是，需要注意的是，上述几种物质的用量总和需要满足本发明对原料用量的限定。
电解液作为铝电解电容器的核心组分，电容器的使用寿命、可靠性以及相应的电气化参数都和电解液息息相关，其性能的优劣直接影响到电容器产品品质的高低。电解液需要具有优良的电化学特性，不断提供氧离子，修补受损的氧化膜；还必须具有极佳的稳定性，不与组成材料发生反应或发生腐蚀作用。传统的电解液是直链羧酸盐+乙二醇体系，这是目前国内广泛使用体系。但直链羧酸盐在低温下有结晶析出的现象，影响了电容器的低温性能，并且直链羧酸盐体系的氧化效率较低，这些问题都制约着电容器性能的进一步提高。本发明人对电解液的配方进行改进，对电解液中添加的溶质、溶剂、及添加剂的组分进行了筛选设计，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，即采用壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐作为溶质，采用乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐作为溶剂，采用防水合剂作为添加剂，通过合理调控各组分的添加量，多种组分协同作用，能使电解电容器在105℃下使用寿命长，拓宽铝电解电容器的工作温度范围，使其工作温度范围为-40℃～125℃下能长时间稳定工作。
所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成；正极导针和负极导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上。
本发明中，所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔。通过这种设置，既可保证氧化膜的质量，还有利于氧化膜抗电解液的侵蚀，从而防止漏电流回升，也可以降低产品负荷时容量下降的幅度，保证产品的可靠性和稳定性，延长产品的使用寿命。
现有技术中，正极导针和阳极箔之间的接触电阻为1-1.5mΩ，负极导针和阴极箔之间的接触电阻为1-1.5mΩ。发明人在实践中发现，现有技术中接触电阻过大，流过电流时就会产生热，接触电阻产生的热量大，接点处就有可能因热膨胀形成间隙或形成接触导致电火花或局部高温，导致产品性能不稳定，使用寿命短。本发明中，所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.8mΩ以下，如0.7mΩ、0.6mΩ、0.5mΩ；所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为1mΩ以下，如0.8mΩ、0.7mΩ、0.6mΩ。通过这种设置，使得铝电解电容器在工作温度范围为-40℃～125℃下能长时间稳定工作。
所述芯包含浸电解液时，周期性对其加载负压和正压。通过这种设置，缩短了浸渍时间，稳定了产品性能要求和提高了浸渍效率。
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1
一种车载电子专用的铝电解电容器，包括外壳，所述外壳内设置芯包，所述芯包上含浸有电解液；所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成；正极导针和负极导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上。
所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：28%，添加剂18%，余量为溶剂；所述溶质为壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐，所述壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐的质量比为4:3:2:1；所述溶剂为乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐，所述乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐的质量比为5:2:3；所述添加剂为防水合剂，所述防水合剂为次亚磷酸铵、磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、硅酸化合物、和铝盐。
所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔。
所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.6Ω，所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为0.8mΩ。
所述芯包含浸电解液时，周期性对其加载负压和正压。
实施例2
一种车载电子专用的铝电解电容器，包括外壳，所述外壳内设置芯包，所述芯包上含浸有电解液；所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成；正极导针和负极导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上。
所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：20%，添加剂15%，余量为溶剂；所述溶质为壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐，所述壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐的质量比为3:2:1:0.5；所述溶剂为乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐，所述乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐的质量比为3:1:2；所述添加剂为防水合剂，所述防水合剂为次亚磷酸铵和磷酸。
所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔。
所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.7mΩ，所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为0.9mΩ。
所述芯包含浸电解液时，周期性对其加载负压和正压。
实施例3
一种车载电子专用的铝电解电容器，包括外壳，所述外壳内设置芯包，所述芯包上含浸有电解液；所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成；正极导针和负极导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上。
所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质35%，添加剂20%，余量为溶剂；所述溶质为壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐，所述壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐的质量比为5:4:3:1.5；所述溶剂为乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐，所述乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐的质量比为6:3:4；所述添加剂为防水合剂，所述防水合剂选自磷酸二氢铵和硅酸化合物。
所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔。
所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.6mΩ，所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为0.7mΩ。
所述芯包含浸电解液时，周期性对其加载负压和正压。
实施例4
一种车载电子专用的铝电解电容器，包括外壳，所述外壳内设置芯包，所述芯包上含浸有电解液；所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成；正极导针和负极导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上。
所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质25%，添加剂20%，余量为溶剂；所述溶质为壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐，所述壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐的质量比为4:2:2:1；所述溶剂为乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐，所述乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐的质量比为4:1:3；所述添加剂为防水合剂，所述防水合剂为次亚磷酸铵、磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、硅酸化合物、和铝盐。
所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔。
所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.5mΩ，所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为0.6mΩ。
所述芯包含浸电解液时，周期性对其加载负压和正压。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种车载电子专用的铝电解电容器，包括外壳，所述外壳内设置芯包，所述芯包上含浸有电解液；其特征在于，所述电解液包括以下重量百分含量的各个组分：溶质：20%-35%，添加剂15%-20%，余量为溶剂；所述溶质为壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐，所述添加剂为防水合剂，所述溶剂为乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐；所述壬二酸铵、已二酸铵、辛二酸铵和含有环丁烷基团的羧酸盐的质量比为（3-5）：（2-4）：（1-3）：（0.5-1.5）；所述乙二醇、癸二酸铵和支链羧酸盐的质量比为（3-6）：（1-3）：（2-4）。
2.如权利要求1所述的车载电子专用的铝电解电容器，其特征在于，所述防水合剂选自次亚磷酸铵、磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、硅酸化合物、和铝盐中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的车载电子专用的铝电解电容器，其特征在于，所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成；正极导针和负极导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上；所述阳极箔为采用1.6倍电容额定电压的化成耐压铝箔，所述阳极箔采用赋能电压为530V的腐蚀赋能铝箔。
4.如权利要求3所述的车载电子专用的铝电解电容器，其特征在于，所述正极导针和阳极箔之间的接触电阻为0.8mΩ以下，所述负极导针和阴极箔之间的接触电阻为1mΩ以下。
5.如权利要求1所述的车载电子专用的铝电解电容器，其特征在于，所述芯包含浸电解液时，周期性对其加载负压和正压。
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