CN111554513A - 一种耐高温铝电解电容器用电解液以及铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温铝电解电容器用电解液以及铝电解电容器，其电解液包括下述重量份的原料：乙二醇50‑60份、乙二醇甲醚10‑15、癸二酸铵2.5‑3.5份、1,7‑二癸二酸铵3.5‑5.5份、聚乙二醇7‑9份、聚乙烯醇‑聚乙二醇接枝共聚物2.5‑4.5份、壳聚糖‑聚乙二醇接枝共聚物0.5‑1.5份、消氢剂0.6‑1.2份、防水合剂0.4‑1份。本发明制备的电解液具有优良的耐高温性能，其组装的铝电解电容器能在135℃的高温条件下保持较长的使用寿命，适合在要求高温的关键领域使用。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解电容器技术领域，尤其涉及一种耐高温铝电解电容器用电解液以及铝电解电容器。
背景技术
电容器是一种储能元件，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。目前，常用的电容器主要有电解、有机薄膜、陶瓷三大类，其中电解电容器的主要代表为铝电解电容器，以高纯度铝作为阳极，以电解液作为阴极，在电解液中电解使铝表面产生一层极薄的氧化铝膜为介质，具有体积小、容量大、成本低等优点，得到广泛的应用。
随着应用领域的拓展，对铝电解电容器的性能要求越来越高，尤其是在车载器件等关键领域，要求铝电解电容器能满足135℃的高温使用要求，且能在高温条件下保持较长的使用寿命。其中，电解液的性能是影响铝电解电容器高温性能以及使用寿命的关键因素之一。在高温条件下，电解液中成分会发生化学反应生成水，不仅会与氧化膜产生水合作用，导致氧化膜劣化，而且会使电容器内部蒸汽压升高，加速电容器的失效。因此，研制耐高温、寿命长的铝电解电容器电解液以及铝电解电容器已经成为铝电解电容器领域重要的开发方向。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐高温铝电解电容器用电解液以及铝电解电容器。
本发明提出的一种耐高温铝电解电容器用电解液，包括下述重量份的原料：
乙二醇50-60份、乙二醇甲醚10-15、癸二酸铵2.5-3.5份、1,7-二癸二酸铵3.5-5.5份、聚乙二醇7-9份、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物2.5-4.5份、壳聚糖-聚乙二醇接枝共聚物0.5-1.5份、消氢剂0.6-1.2份、防水合剂0.4-1份。
优选地，所述的耐高温铝电解电容器用电解液包括下述重量份的原料：
乙二醇55份、乙二醇甲醚12、癸二酸铵3份、1,7-二癸二酸铵4份、聚乙二醇8份、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物3份、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物1份、消氢剂1份、防水合剂0.5份。
优选地，所述聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为20000-40000的聚乙烯醇与分子量为400-600的聚乙二醇按重量比(2-3)：1制成。
所述聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物可以用常规方法制备，例如可以是，将聚乙二醇加热熔融，加入TDI和适量催化剂搅拌反应，得到NCO封端的预聚体，再与聚乙烯醇在溶剂中反应，即得聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物。
优选地，所述壳聚糖-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为10000-30000的壳聚糖与分子量为400-550的聚乙二醇单甲醚按重量比(1-1.5)：1制成。
所述壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物可以用常规方法制备，例如可以是，先将壳聚糖与聚乙二醇单甲醚在甲酸溶液中混匀，再加入适量甲醛，壳聚糖上的氨基先与甲醛生成希夫碱中间体，再与聚乙二醇单甲醚上的羟基结合，即得壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物。
优选地，所述聚乙二醇的分子量为10000-20000。
优选地，所述消氢剂为对硝基苯甲醇、对硝基苯酚、邻硝基苯甲醚中的一种或者多种。
优选地，所述防水合剂为磷钨酸、次亚磷酸铵、次亚磷酸钠、次亚磷酸中的一种或者多种。
一种所述的耐高温铝电解电容器用电解液的制备方法，包括下述步骤：
S1、将乙二醇、乙二醇甲醚、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙二醇混合后于100-120℃保温搅拌30-60min；
S2、将温度降至85-95℃，然后加入聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物保温搅拌1-2h；
S3、将温度降至55-65℃，然后加入消氢剂、防水合剂保温搅拌20-30min，冷却后即得。
一种铝电解电容器，包括所述的电解液。
本发明的有益效果如下：
本发明以乙二醇、乙二醇甲醚复配作为溶剂，具有高沸点、低饱和蒸汽压，而且对溶质和添加剂具有优良的溶解能力；以癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵复配作为溶质，具有较高的溶解度和良好的稳定性；以聚乙二醇、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物、消氢剂、防水合剂作为添加剂，制得一种耐高温铝电解电容器用电解液，其中消氢剂能消除电解液产生氢气，减少电容器的内部压力；防水合剂能抑制氧化膜的水合作用，修复氧化膜的损伤，防止电容器失效；而通过聚乙二醇、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物进行复配，使具有多羟基、多侧链、空间位阻大的聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物很好地溶解于电解液体系中，一方面，多羟基、多侧链有助于在电解液中形成氢键网络结构，更好地捕捉和固定电解液中产生的水分子，抑制其造成的氧化膜劣化以及蒸汽压升高，另一方面，其产生的空间位阻效应有助于提高电解液的稳定性能。本发明通过对电解液配方的优化，使制备的电解液具有优良的耐高温性能，其组装的铝电解电容器在135℃条件下的损耗和容量变化远远小于普通电解液组装成的铝电解电容器，能够保持较长的使用寿命，适合在要求高温的关键领域使用。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种耐高温铝电解电容器用电解液，包括下述重量份的原料：
乙二醇50份、乙二醇甲醚10份、癸二酸铵2.5份、1,7-二癸二酸铵3.5份、分子量为10000的聚乙二醇7份、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物2.5份、壳聚糖-聚乙二醇接枝共聚物0.5份、对硝基苯甲醇0.6份、次亚磷酸铵0.4份。
其中，聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为20000的聚乙烯醇与分子量为400的聚乙二醇按重量比2：1制成，壳聚糖-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为10000的壳聚糖与分子量为400的聚乙二醇单甲醚按重量比1：1制成。
耐高温铝电解电容器用电解液的制备方法，包括下述步骤：
S1、将乙二醇、乙二醇甲醚、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙二醇混合后于100℃保温搅拌30min；
S2、将温度降至85℃，然后加入聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物保温搅拌1h；
S3、将温度降至55℃，然后加入消氢剂、防水合剂保温搅拌20min，冷却后即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
实施例2
一种耐高温铝电解电容器用电解液，包括下述重量份的原料：
乙二醇60份、乙二醇甲醚15、癸二酸铵3.5份、1,7-二癸二酸铵5.5份、分子量为20000的聚乙二醇9份、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物4.5份、壳聚糖-聚乙二醇接枝共聚物1.5份、对硝基苯甲醇1.2份、次亚磷酸铵1份。
其中，聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为40000的聚乙烯醇与分子量为600的聚乙二醇按重量比3：1制成，壳聚糖-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为30000的壳聚糖与分子量为550的聚乙二醇单甲醚按重量比1.5：1制成。
耐高温铝电解电容器用电解液的制备方法，包括下述步骤：
S1、将乙二醇、乙二醇甲醚、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙二醇混合后于120℃保温搅拌60min；
S2、将温度降至95℃，然后加入聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物保温搅拌2h；
S3、将温度降至65℃，然后加入消氢剂、防水合剂保温搅拌30min，冷却后即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
实施例3
一种耐高温铝电解电容器用电解液，包括下述重量份的原料：
乙二醇55份、乙二醇甲醚12、癸二酸铵3份、1,7-二癸二酸铵4份、分子量为15000的聚乙二醇8份、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物3份、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物1份、对硝基苯甲醇1份、次亚磷酸铵0.5份。
其中，聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为30000的聚乙烯醇与分子量为500的聚乙二醇按重量比2.5：1制成，壳聚糖-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为20000的壳聚糖与分子量为450的聚乙二醇单甲醚按重量比1.2：1制成。
耐高温铝电解电容器用电解液的制备方法，包括下述步骤：
S1、将乙二醇、乙二醇甲醚、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙二醇混合后于110℃保温搅拌50min；
S2、将温度降至90℃，然后加入聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物保温搅拌1-2h；
S3、将温度降至60℃，然后加入消氢剂、防水合剂保温搅拌25min，冷却后即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
对比例
一种耐高温铝电解电容器用电解液，包括下述重量份的原料：
乙二醇55份、乙二醇甲醚12、癸二酸铵3份、1,7-二癸二酸铵4份、分子量为15000的聚乙二醇12份、对硝基苯甲醇1份、次亚磷酸铵0.5份。
耐高温铝电解电容器用电解液的制备方法，包括下述步骤：
S1、将乙二醇、乙二醇甲醚、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙二醇混合后于110℃保温搅拌50min；
S2、将温度降至60℃，然后加入消氢剂、防水合剂保温搅拌25min，冷却后即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
试验例
将实施例1-3以及对比例1的电解液组装成规格为400V/4.7μF的铝电解电容器，放入135℃高温试验箱中，施加400V工作电压，2000h后取出，经室温放置24h后进行测试，测试结果如表1所示：
表1铝电解电容器高温测试结果
从表1中可以看出，本发明的电解液组装成的铝电解电容器，在135℃下的损耗和容量变化远远小于普通电解液组装成的铝电解电容器，从而在高温下具有更长的使用寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种耐高温铝电解电容器用电解液，其特征在于，包括下述重量份的原料：
乙二醇50-60份、乙二醇甲醚10-15、癸二酸铵2.5-3.5份、1,7-二癸二酸铵3.5-5.5份、聚乙二醇7-9份、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物2.5-4.5份、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物0.5-1.5份、消氢剂0.6-1.2份、防水合剂0.4-1份。
2.根据权利要求1所述的耐高温铝电解电容器用电解液，其特征在于，包括下述重量份的原料：
乙二醇55份、乙二醇甲醚12、癸二酸铵3份、1,7-二癸二酸铵4份、聚乙二醇8份、聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物3份、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物1份、消氢剂1份、防水合剂0.5份。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温铝电解电容器用电解液，其特征在于，所述聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物是分子量为20000-40000的聚乙烯醇与分子量为400-600的聚乙二醇按重量比(2-3)：1制成。
4.根据权利要求1或2所述的耐高温铝电解电容器用电解液，其特征在于，所述壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物是分子量为10000-30000的壳聚糖与分子量为400-550的聚乙二醇单甲醚按重量比(1-1.5)：1制成。
5.根据权利要求1或2所述的耐高温铝电解电容器用电解液，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为10000-20000。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耐高温铝电解电容器用电解液，其特征在于，所述消氢剂为对硝基苯甲醇、对硝基苯酚、邻硝基苯甲醚中的一种或者多种。
7.根据权利要求1-5任一项所述的耐高温铝电解电容器用电解液，其特征在于，所述防水合剂为磷钨酸、次亚磷酸铵、次亚磷酸钠、次亚磷酸中的一种或者多种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的耐高温铝电解电容器用电解液的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、将乙二醇、乙二醇甲醚、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙二醇混合后于100-120℃保温搅拌30-60min；
S2、将温度降至85-95℃，然后加入聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物、壳聚糖-聚乙二醇单甲醚接枝共聚物保温搅拌1-2h；
S3、将温度降至55-65℃，然后加入消氢剂、防水合剂保温搅拌20-30min，冷却后即得。
9.一种铝电解电容器，其特征在于，所述铝电解电容器包括权利要求1-7任一项所述的电解液。
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