CN111403178A - 一种超宽温域耐高压铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超宽温域耐高压铝电解电容器，涉及电容器领域，包括电容芯子，电容芯子上端设有链接端子,电容芯子包括有正极铝箔和负极铝箔，在正极箔与负极箔之间插入电解纸,电容芯子上端的链接端子安装在胶塞上，装有胶塞的电容芯子外包含有铝壳；电容芯子内含有GBL系复合电解液；在电极铝箔与导针的铆接点处设有耐高温的导电高分子附膜层。在电容芯子中含浸GBL系复合电解液，使电容芯子中的水份含量降至最低，且没有酯化反应，高温下不会产生水蒸气导致内压增高，方便宽温域工作。导电高分子附膜层的存在不仅可以避免在高温和高电压下由于电极铝箔铆接点毛刺所致的闪火击穿现象，提高了铝电容器的稳定性和可靠性，还能降低电极铝箔铆接点的阻抗，提升电容器的电性能。
Description
技术领域
本发明涉及电容器领域，特别涉及一种超宽温域耐高压铝电解电容器。
背景技术
目前，世界范围内高压铝电解电容器产品的使用温域基本都在-25℃～+105℃，由于铝电解电容器是由电极材料与电解液所组成，而电解液的组成包含溶质与溶剂外加添加剂，因此电解液的高低温特性主要受溶剂制约。由于目前大多数高压铝电解电容器所使用的电解液采用乙二醇溶剂体系，因而其电容器的温域则为-25℃～+105℃。很显然要使电容器在-25℃以下的环境温度工作，就必须保证铝电容器具有电容量下降小、损耗小、阻抗增加小等电性能。否则，铝电解电容器在电路中就会失去滤波、耦合、储能等功能。所以，要使电容器在-25℃以下的环境温度工作，其关键因素就是改变电解液中溶剂的温度特性。
随着新能源工业以及现代电子信息技术的飞速发展，各种新型电子装备广泛用于户外高寒地区，高海拔场合，例如太阳能设备、风能设备、采暖变频空调、5G技术等设备的工作环境日益复杂多变，将电子装备使用的环境温度扩展更宽。例如，现已将设备的工作环境温度扩展到-55℃～135℃，甚至更宽。同时，对设备中所使用的铝电容器还要求具备耐高压(≥450V)特性。因此，就目前现有的采用乙二醇电解液体系的铝电解电容器，其工作温域和耐高压特性已经无法满足上述设备对应用环境的新要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明解决目前铝电解电容器的超宽温域应用的技术问题，为新型电子装备在新能源工业以及电子信息技术领域的应用提供一种超宽温域(-55℃～135℃)耐高压的铝电解电容器。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种超宽温域耐高压铝电解电容器，包括电容芯子，电容芯子上端设有链接端子,所述电容芯子包括有正极铝箔和负极铝箔，在正极箔与负极箔之间插入电解纸,所述电容芯子上端的链接端子安装在胶塞上，装有胶塞的电容芯子外包含有铝壳；所述电容芯子内含有GBL(伽马丁内酯)系复合电解液。该GBL(伽马丁内酯)系复合电解液可使电容芯子中的水分含量将至最低，有利于铝电解电容器在-55℃的超低温环境下工作。电极铝箔包括正极箔与负极箔。
作为优选，为了调配更有利的溶剂，所述GBL系复合电解液为含微量水份的电解液，由重量百分比为85％～95％的GBL主溶剂、1％～4.5％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂、1％～5％的甲基十二烷双羧酸、1％～3.5％的烷基胺以及0.2％～2％的添加剂组成。由于GBL系复合电解液没有乙二醇系电解液的酯化反应，在135℃高温下使用不会产生酯化水和水蒸气而导致电容器内压升高。
作为优选，所述GBL系复合电解液为含微量水份的电解液，由重量百分比为90％～92％的GBL主溶剂、1.5％～2.5％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂、2％～5％的甲基十二烷双羧酸、1.5％～2.5％的烷基胺以及0.3％～0.8％的添加剂组成。
作为优选，为了避免在高温高压下由于电极铝箔铆接点毛刺所致的闪火击穿现象，极大地提高了铝电解电容器的稳定性和可靠性，同时为了降低电极铝箔铆接点的阻抗，提升电容器的电性能，在电极铝箔与导针的铆接点处设有耐高温的导电高分子附膜层。所述导电高分子附膜层由重量百分比为92％～95％的小分子烷基醇、0.7％～3.5％的聚乙烯醇、1.2％～3％的PEG(聚乙二醇)以及0.8％～1.5％的导电高分子聚合物所组成。
(三)有益效果
在电容芯子中含浸水份重量百分比<1.0％的GBL系复合电解液，使电容芯子中的水份含量降至最低，有利于铝电解电容器在-55℃的超低温环境下工作。由于GBL系复合电解液没有乙二醇系电解液的酯化反应，在135℃高温下使用不会产生酯化水和水蒸汽而导致电容器内压升高，所以适用于高温环境下工作。同时，在电极铝箔与导针的铆接点处设有导电高分子附膜层，不仅可以避免在高温和高电压下由于电极铝箔铆接点毛刺所致的闪火击穿现象，极大地提高了铝电容器的稳定性和可靠性，而且还能降低电极铝箔铆接点的阻抗，提升电容器的电性能。
附图说明
图1为本发明为结构示意图；
图2为本发明电极铝箔铆接点附膜示意图；
图中：1导针；2铝梗；3胶塞；4铝壳；5电容芯子；6电极铝箔；7高分子附膜层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：先将高化成电压正极铝箔(厚度为110微米)、负极铝箔(厚度为30微米)和电解纸(密度为50微米和厚度为50微米的对GBL亲和力强的)按照电容器的尺寸大小裁切成规定宽度的条形并卷绕成盘，再将正、负极铝箔条分别与所要连接的导针1铆接(通过电容导针铆接装置)，并同时对铆接点处进行导电高分子附膜操作，将重量百分比93.2％的异丙醇和1.7％的导电高分子聚合物(例如聚苯胺)盛入不锈钢容器，在恒温30℃下采用变频高速分散机搅拌6～12小时，然后将重量百分比为2.8％的聚乙烯醇(PVA)和2.3％聚乙二醇(PEG)加入到该不锈钢容器中，使用变频高速分散机在升温至60搅拌4小时，降温至40℃，再使用智能数控超声波均质机操作5分钟，间隔5分钟后再行操作，均质2小时即可获得导电高分子附膜浆液。当电极箔与导针1铆接后，将上述环节中的导电高分子浆液通过现有的一些喷涂方法(例如简单的蘸取涂刷与小型计量喷涂设备)喷涂于导针1与电极箔的铆接点经60℃的温度烘干而形成导电高分子附膜层7。
将重量百分比为90.3％的GBL主溶剂与2.4％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂在反应釜中混合搅拌并加热至120℃，恒温5分钟，然后降温至30℃，再加入重量百分比为4.1％的甲基十二烷双羧酸和2.3％的烷基胺，搅拌并加热至100℃，恒温30分钟；降温至50℃，再加入重量百分比为0.9％的添加剂，加热至135℃，恒温5分钟后，降温至55℃时，装入盛电解液的密闭容器内，待冷却至常温时测试电解液的参数值，取合格电解液。合格电解液具有的电导率为1040μS/cm；平均闪火电压范围为488V。再将电容芯子5与上述环节中的合格电解液分别加热至60℃，再将加热后的GBL系复合电解液注入加热后的电容芯子。
将上述电容芯子5置入电容器铝壳4中，并与塞胶3一起组立封装，进行充电、老化测试。
采用行业通用检测设备，对以上产品进行耐久性2000小时数据进行检测，结果如下：
实施例二：先将高化成电压正极铝箔(厚度为120微米)、负极铝箔(厚度为20微米)和电解纸(密度为50微米和厚度为60微米的对GBL亲和力强的)按照电容器的尺寸大小裁切成规定宽度的条形并卷绕成盘，再将正、负极铝箔条分别与所要连接的导针1铆接(通过电容导针铆接装置)，并同时对铆接点处进行导电高分子附膜操作，将重量百分比92.8％的异丙醇和1.2％的导电高分子聚合物(例如聚苯胺)盛入不锈钢容器，在恒温30℃下采用变频高速分散机搅拌7小时，然后将重量百分比为3.2％的聚乙烯醇(PVA)和2.8％聚乙二醇(PEG)加入到该不锈钢容器中，使用变频高速分散机在升温至70℃搅拌5小时，降温至40℃，再使用智能数控超声波均质机操作6分钟，间隔8分钟后再行操作，均质2.5小时即可获得导电高分子附膜浆液。当电极箔与导针1铆接后，将上述环节中的导电高分子浆液喷涂于导针1与电极箔的铆接点经68℃的温度烘干而形成导电高分子附膜层7。
将重量百分比为87.4％的GBL主溶剂与3.6％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂在反应釜中混合搅拌并加热至128℃，恒温7.5分钟，然后降温至35℃，再加入重量百分比为4.8％的甲基十二烷双羧酸和2.8％的烷基胺，搅拌并加热至120℃，恒温35分钟；降温至58℃，再加入重量百分比为1.4％的添加剂，加热至135℃，恒温6分钟后，降温至58℃时，装入盛电解液的密闭容器内，待冷却至常温时测试电解液的参数值，取合格电解液。合格电解液具有的电导率为1130μS/cm；平均闪火电压范围为486V。再将电容芯子5与上述环节中的合格电解液分别加热至65℃，再将加热后的GBL系复合电解液注入加热后的电容芯子5。
将上述电容芯子5置入电容器铝壳4中，并与塞胶3一起组立封装，进行充电、老化测试。
采用行业通用检测设备，对以上产品进行耐久性2000小时数据进行检测，结果如下：
实施例三：
先将高化成电压正极铝箔(厚度为110微米)、负极铝箔(厚度为20微米)和电解纸(密度为50微米和厚度为60微米的对GBL亲和力强的)按照电容器的尺寸大小裁切成规定宽度的条形并卷绕成盘，再将正、负极铝箔条分别与所要连接的导针1铆接(通过电容导针铆接装置)，并同时对铆接点处进行导电高分子附膜操作，将重量百分比94.6％的异丙醇和1.5％的导电高分子聚合物(例如聚苯胺)盛入不锈钢容器，在恒温30℃下采用变频高速分散机搅拌8小时，然后将重量百分比为2.3％的聚乙烯醇(PVA)和1.6％聚乙二醇(PEG)加入到该不锈钢容器中，使用变频高速分散机在升温至80℃搅拌6小时，降温至40℃，再使用智能数控超声波均质机操作7分钟，间隔6分钟后再行操作，均质3小时即可获得导电高分子附膜浆液。当电极箔与导针1铆接后，将上述环节中的导电高分子浆液喷涂于导针1与电极箔的铆接点经80℃的温度烘干而形成导电高分子附膜层7。
将重量百分比为92％的GBL主溶剂与1.8％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂在反应釜中混合搅拌并加热至130℃，恒温7.5分钟，然后降温至40℃，再加入重量百分比为3.4％的甲基十二烷双羧酸和2.0％的烷基胺，搅拌并加热至125℃，恒温38分钟；降温至65℃，再加入重量百分比为0.8％的添加剂，加热至142℃，恒温7分钟后，降温至60℃时，装入盛电解液的密闭容器内，待冷却至常温时测试电解液的参数值，取合格电解液。合格电解液具有的电导率为970μS/cm；平均闪火电压范围为492V。再将电容芯子5与上述环节中的合格电解液分别加热至70℃，再将加热后的GBL系复合电解液注入加热后的电容芯子5。
将上述电容芯子5置入电容器铝壳4中，并与塞胶3一起组立封装，进行充电、老化测试。
采用行业通用检测设备，对以上产品进行耐久性2000小时数据进行检测，结果如下：
实施例四；
先将高化成电压正极铝箔(厚度为120微米)、负极铝箔(厚度为30微米)和电解纸(密度为50微米和厚度为50微米的对GBL亲和力强的)按照电容器的尺寸大小裁切成规定宽度的条形并卷绕成盘，再将正、负极铝箔条分别与所要连接的导针1铆接(通过电容导针铆接装置)，并同时对铆接点处进行导电高分子附膜操作，将重量百分比95.4％的异丙醇和1.8％的导电高分子聚合物(例如聚苯胺)盛入不锈钢容器，在恒温30℃下采用变频高速分散机搅拌10小时，然后将重量百分比为2％的聚乙烯醇(PVA)和0.8％聚乙二醇(PEG)加入到该不锈钢容器中，使用变频高速分散机在升温至100℃搅拌7小时，降温至40℃，再使用智能数控超声波均质机操作8分钟，间隔8分钟后再行操作，均质3.5小时即可获得导电高分子附膜浆液。当电极箔与导针1铆接后，将上述环节中的导电高分子浆液喷涂于导针1与电极箔的铆接点经100℃的温度烘干而形成导电高分子附膜层7。
将重量百分比为94.2％的GBL主溶剂与1.2％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂在反应釜中混合搅拌并加热至132℃，恒温9分钟，然后降温至50℃，再加入重量百分比为2.5％的甲基十二烷双羧酸和1.5％的烷基胺，搅拌并加热至130℃，恒温50分钟；降温至80℃，再加入重量百分比为0.6％的添加剂，加热至150℃，恒温7分钟后，降温至60℃时，装入盛电解液的密闭容器内，待冷却至常温时测试电解液的参数值，取合格电解液。合格电解液具有的电导率为890μS/cm；平均闪火电压范围为500V。再将电容芯子5与上述环节中的合格电解液分别加热至80℃，再将加热后的GBL系复合电解液注入加热后的电容芯子5。
将上述电容芯子5置入电容器铝壳4中，并与塞胶3一起组立封装，进行充电、老化测试。
采用行业通用检测设备，对以上产品进行耐久性2000小时数据进行检测，结果如下：
实施例五：
先将高化成电压正极铝箔(厚度为120微米)、负极铝箔(厚度为30微米)和电解纸(密度为50微米和厚度为60微米的对GBL亲和力强的)按照电容器的尺寸大小裁切成规定宽度的条形并卷绕成盘，再将正、负极铝箔条分别与所要连接的导针1铆接(通过电容导针铆接装置)，并同时对铆接点处进行导电高分子附膜操作，将重量百分比97％的异丙醇和0.9％的导电高分子聚合物(例如聚苯胺)盛入不锈钢容器，在恒温30℃下采用变频高速分散机搅拌12小时，然后将重量百分比为1.1％的聚乙烯醇(PVA)和1％聚乙二醇(PEG)加入到该不锈钢容器中，使用变频高速分散机在升温至120℃搅拌8小时，降温至40℃，再使用智能数控超声波均质机操作10分钟，间隔10分钟后再行操作，均质4小时即可获得导电高分子附膜浆液。
当电极箔与导针1铆接后，将上述环节中的导电高分子浆液喷涂于导针1与电极箔的铆接点经120℃的温度烘干而形成导电高分子附膜层7。
将重量百分比为95％的GBL主溶剂与1％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂在反应釜中混合搅拌并加热至135℃，恒温10分钟，然后降温至60℃，再加入重量百分比为2％的甲基十二烷双羧酸和1％的烷基胺，搅拌并加热至135℃，恒温60分钟；降温至100℃，再加入重量百分比为1％的添加剂，加热至155℃，恒温15分钟后，降温至65℃时，装入盛电解液的密闭容器内，待冷却至常温时测试电解液的参数值，取合格电解液。合格电解液具有的电导率为860μS/cm；平均闪火电压范围为504V。
再将电容芯子5与上述环节中的合格电解液分别加热至90℃，再将加热后的GBL系复合电解液注入加热后的电容芯子5。
将上述电容芯子5置入电容器铝壳4中，并与塞胶3一起组立封装，进行充电、老化测试。
采用行业通用检测设备，对以上产品进行耐久性2000小时数据进行检测，结果如下：
对于以上生产得出的电容器，最终再进行一次检验，并包装入库。
从上表中可以看出，依据本发明所制造的电容器完全满足2000小时的耐久性试验要求，其最终损耗<4％，容量衰减<3％，说明本发明的效果十分显著。
依据以上实施例，对本产品进行了低温性能测试：
现取5只样品在-55℃与常温20℃的电性能参数变化
从上表中可以看出，本发明的超低温高压电解液用于铝电解电容器，其常温(20℃)下的损耗初始值<3.0％；低温(-55℃)下连续冷却24小时与48小时其容量损失<11％；低温(-55℃)与常温(20℃)的阻抗比<1.65。说明本发明的效果在实际应用中是十分显著的。
在以上生产过程中，通过使用本发明的GBL系复合电解液，提高了电解液对电解纸的渗透能力，缩短了电容芯子的含浸过程，实际可节约含浸时间1-3小时，大大提升了铝电解电容器的生产效率。
并且本发明的导电高分子附膜层7保护了电极箔与导针1铆接点，避免在电容器充电时产生火花放电而短路或者击穿，大大提高了电容器的质量和安全系数。
虽然本发明所描述的具体实施例只是说明性的，但不是对本发明的范围的限定。对于熟悉本领域的技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对本实施例进行多种变化、修改、替换和变型等，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (5)
1.一种超宽温域耐高压铝电解电容器，包括电容芯子(5)，电容芯子(5)上端设有链接端子,所述电容芯子(5)包括有正极铝箔和负极铝箔，在正极箔与负极箔之间插入电解纸,所述电容芯子(5)上端的链接端子安装在胶塞(3)上，装有胶塞(3)的电容芯子(5)外包含有铝壳(4)；其特征在于，所述电容芯子(5)内含有GBL(伽马丁内酯)系复合电解液。
2.根据权利要求1所述的一种超宽温域耐高压铝电解电容器，其特征在于，所述GBL系复合电解液为含微量水份的电解液，由重量百分比为85％～95％的GBL主溶剂、1％～4.5％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂、1％～5％的甲基十二烷双羧酸、1％～3.5％的烷基胺以及0.2％～2％的添加剂组成。
3.根据权利要求1所述的一种超宽温域耐高压铝电解电容器，其特征在于，所述GBL系复合电解液为含微量水份的电解液，由重量百分比为90％～92％的GBL主溶剂、1.5％～2.5％的2-甲基-1,3-丙二醇辅溶剂、2％～5％的甲基十二烷双羧酸、1.5％～2.5％的烷基胺以及0.3％～0.8％的添加剂组成。
4.根据权利要求1所述的一种超宽温域耐高压铝电解电容器，其特征在于，在电极铝箔(6)与导针(1)的铆接点处设有耐高温的导电高分子附膜层(7)。
5.根据权利要求4所述的一种超宽温域耐高压铝电解电容器，其特征在于，所述导电高分子附膜层(7)由重量百分比为90％～97％的小分子烷基醇、0.1％～5％的聚乙烯醇、0.2％～3％的PEG(聚乙二醇)以及0.5％～2％的导电高分子聚合物所组成。
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