CN111613444B - 铝电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了钽、铝电容器及其制备方法，包括内壳和外壳，外壳笼罩在内壳的外部，内壳的四个侧壁上分别安装有一组相互对称的前板和后板，外壳的内壁上设置有贯穿前板和后板的限位杆，外壳的外部还包覆有环氧树脂，限位杆位于前板和后板之间的外壁上固定有与外壳相接的中板，中板和前板以及后板之间均连接套在限位杆的弹簧，钽电容器增加的弹簧设置可以将内壳和外壳的连接构成弹性的连接方式，利用弹簧之间的吸收作用，将振动的动能进行吸收，在铝电容中加入利用制备了基于双酰胺键氢键增强的传导聚合物覆盖在氧化膜的表面，在加热和冷却的过程中能够发生氢键的破坏与重组，恢复其力学性能和电学性能，提高了电容器安全性，以及寿命。
Description
技术领域
本发明涉及到铝电容器和制备方法，特别涉及铝电容器及其制备方法。
背景技术
钽电容全称是钽电解电容，也属于电解电容的一种，使用金属钽做介质，不像普通电解电容那样使用电解液，钽电容不需像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸绕制，本身几乎没有电感，但这也限制了它的容量。此外，由于钽电容内部没有电解液，很适合在高温下工作，耐高温、准确度高、滤高频谐波性能极好。
铝电解电容器是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极而制成的电容器称作铝电解电容器。它是一种用铝材料制成的电性能好、适用范围宽、可靠性高的通用型电解电容器。
钽、铝电容器在使用时，由于电容器的抗摔以及内部应力的作用下，容易导致其内部错位发生损坏的问题，导致其安全性能的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供铝电容器及其制备方法，具有电容器安全性，以及寿命的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：铝电容器，包括内壳和外壳，外壳笼罩在内壳的外部，内壳的四个侧壁上分别安装有一组相互对称的前板和后板，外壳的内壁上设置有贯穿前板和后板的限位杆，环氧树脂填充在内壳和外壳内部，限位杆位于前板和后板之间的外壁上固定有与外壳相接的中板，中板和前板以及后板之间均连接套在限位杆的弹簧，所述环氧树脂相互对称的两端上分别设有贯穿外壳两端延伸至内壳内腔的正极端电极和负极端电极，负极端电极位于内壳内的端口顶部外壁上涂有与内壳相固定的绝缘粘合剂，负极端电极的端口底部外壁上涂有银胶，负极端电极通过银胶粘结在银涂层上，所述银涂层的内壁上刷有一层石墨层，石墨层的内壁上刷有一层氧化层，氧化层内存放有多孔钽阳极块，所述正极端电极位于内壳内部的端口上依次贯穿石墨层和氧化层延伸至多孔钽阳极块的内部；
所述氧化层包括二氧化锰层、五氧化二钽层和传导聚合物，二氧化锰层和五氧化二钽层相互贴合，五氧化二钽层与多孔钽阳极块相接，二氧化锰层与石墨层相接，传导聚合物位于二氧化锰层和五氧化二钽层之间，并相互连接；
所述铝电容器内的内壳和外壳为铝材料制成的构件，正极端电极和负极端电极与外壳相接外壁上套有绝缘管，正极端电极和负极端电极与内壳和外壳相接的缝隙中填充绝缘粘合剂。
进一步地，正极端电极的端口处焊接钽金属丝，钽金属丝采用镍铁合金的方式焊接，并延伸至多孔钽阳极块内。
本发明提供另一技术方案，铝电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1：先将钽粉与粘合剂混合均匀，然后将钽粉和粘合剂的混合物加入到去离子水和酒精的混合液中充分搅拌均匀，等待混合液挥发后，得钽 浆，并将正极端电极上的钽金属丝一端放置在钽 浆上，一起压制成多孔钽阳极块；
S2：在多孔钽阳极块即将成型时，将粘合剂去除，利用电化学的方法在多孔钽阳极块表面生成一层致密的绝缘五氧化二钽层，并倒入硝酸溶液渗透到多孔钽阳极块，在多孔钽阳极块表面生产五氧化二钽层的氧化膜；
S3：在将S2的多孔钽阳极块清洗干燥后，用聚3，4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸直接掺杂到丙烯酰基甘氨酰胺NAGA和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸内共聚形成物理交联的水凝胶，水凝胶的内层采用微乳液原位聚合法，聚3，4-亚乙二氧基噻吩、乳化剂和硝酸锰配成微乳液然后浸渗透进入多孔钽阳极块内部，升温到150度，多次重复浸原位聚合在多孔钽阳极块表面后，再加点聚苯乙烯磺酸和微量偶联剂在微乳液里，外层方案中A料成分:市售的P聚3，4-亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸90克、PVA10%水溶液10克、5克二甲基亚砜和1克甘油：
外层中B料成分:市售聚3，4-亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸90克、PVA10%水溶液10克、5克二甲基亚砜和1克硼酸，采用A/B/A/B/A/B重复浸渍，AB交联方案生成互穿网络的结构，改善了ESR稳定性，由于外层交联凝胶的特有性，让容量变化大大减少，成功制备了基于双酰胺键氢键增强的传导聚合物覆盖在多孔钽阳极块的表面，然后放入硝酸锰溶液内，硝酸锰分解变成二氧化锰层附着；
S4：石墨层浸渍并固化在二氧化锰层的表面避免与银涂层相接产生氧化，银涂层上沾有银胶与负极端电极相接，形成阳极块胚体；
S5：制作开口的内壳和外壳，并将阳极块胚体放入内壳内，正极端电极和负极端电极穿过内壳的孔位，并用绝缘粘合剂填充缝隙处，将内壳的上盖板和负极端电极绝缘相接后，焊接在内壳上密封；
S6：内壳放置在顶部开口的外壳内，并与限位杆专配后，弹簧套在限位杆上，将正极端电极和负极端电极穿过外壳的孔位，并用上盖板焊接密封；
S7：内壳和外壳之间用环氧树脂浇注，正极端电极和负极端电极端口穿出环氧树脂延伸至外部。
进一步地，针对S3中，由于在水凝胶中存在氢键，所以该传导聚合物在多次升温的过程中能够发生氢键的破坏与重组，宏观表现为实现可逆的凝胶—溶胶转变和具有自修复性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本铝电容器及其制备方法，在铝电容器中增加的弹簧的设置可以将内壳和外壳之间的连接构成弹性的连接方式，在内壳或外壳之间可以发生较大的相对晃动时，利用弹簧之间的吸收作用，将振动的动能进行吸收，在铝电容中加入利用制备了基于双酰胺键氢键增强的传导聚合物覆盖在氧化膜的表面，在多次升温的过程中能够发生氢键的破坏与重组，宏观表现为实现可逆的凝胶—溶胶转变和具有自修复性，实现较大程度地恢复其力学性能和电学性能，提高了电容器的整体安全性，以及寿命。
附图说明
图1为本发明的铝电容器结构图；
图2是本发明的铝电容器结构图。
图中：1、内壳；11、前板；12、后板；2、外壳；21、限位杆；22、中板；23、环氧树脂；3、弹簧；4、正极端电极；41、绝缘粘合剂；42、银胶；5、负极端电极；51、石墨层；511、氧化层；5111、二氧化锰层；5112、五氧化二钽层；5113、传导聚合物；6、多孔钽阳极块；7、银涂层。
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：
请参阅图1，钽电容器，包括内壳1和外壳2，外壳2笼罩在内壳1的外部，内壳1的四个侧壁上分别安装有一组相互对称的前板11和后板12，外壳2的内壁上设置有贯穿前板11和后板12的限位杆21，外壳2的外部还包覆有环氧树脂23，限位杆21位于前板11和后板12之间的外壁上固定有与外壳2相接的中板22，中板22和前板11以及后板12之间均连接套在限位杆21的弹簧3，弹簧3的设置可以将内壳1和外壳2之间的连接构成弹性的连接方式，在内壳1或外壳2之间可以发生较大的相对晃动时，利用弹簧3之间的吸收作用，将振动的动能进行吸收，环氧树脂23相互对称的两端上分别设有贯穿外壳2两端延伸至内壳1内腔的正极端电极4和负极端电极5，负极端电极5位于内壳1内的端口顶部外壁上涂有与内壳1相固定的绝缘粘合剂41，进行绝缘的处理，负极端电极5的端口底部外壁上涂有银胶42，将负极端电极5和银涂层7之间进行牢固的连接同时，不会影响其导电的性能，负极端电极5通过银胶42粘结在银涂层7上，银涂层7的内壁上刷有一层石墨层51，石墨层51有较强的导电性，同时可以隔绝银涂层7和二氧化锰层5111之间的连接，石墨层51的内壁上刷有一层氧化层511，氧化层511包括二氧化锰层5111、五氧化二钽层5112和传导聚合物5113，二氧化锰层5111和五氧化二钽层5112相互贴合，五氧化二钽层5112与多孔钽阳极块6相接，二氧化锰层5111与石墨层51相接，传导聚合物5113位于二氧化锰层5111和五氧化二钽层5112之间，并相互连接，氧化层511内存放有多孔钽阳极块6，正极端电极4位于内壳1内部的端口上依次贯穿石墨层51和氧化层511延伸至多孔钽阳极块6的内部，正极端电极4的端口处焊接钽金属丝，钽金属丝采用镍铁合金的方式焊接，并延伸至多孔钽阳极块6内。
本发明提供另一技术方案，铝电容器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：先将钽粉与粘合剂混合均匀，然后将钽粉和粘合剂的混合物加入到去离子水和酒精的混合液中充分搅拌均匀，等待混合液挥发后，得铝浆，并将正极端电极4上的钽金属丝一端放置在钽 浆上，一起压制成多孔钽阳极块6；
步骤二：在多孔钽阳极块6即将成型时，将粘合剂去除，利用电化学的方法在多孔钽阳极块6表面生成一层致密的绝缘五氧化二钽层5112，并倒入硝酸溶液渗透到多孔钽阳极块6，在多孔钽阳极块6表面生产五氧化二钽层5112的氧化膜；
步骤三：在将步骤2的多孔钽阳极块6清洗干燥后，用聚3，4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸直接掺杂到丙烯酰基甘氨酰胺NAGA和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸内共聚形成物理交联的水凝胶，水凝胶的内层采用微乳液原位聚合法，聚3，4-亚乙二氧基噻吩、乳化剂和硝酸锰配成微乳液然后浸渗透进入多孔钽阳极块6内部，升温到150度，多次重复浸原位聚合在多孔钽阳极块6表面后，再加点聚苯乙烯磺酸和微量偶联剂在微乳液里，外层方案中A料成分:市售的P聚3，4-亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸90克、PVA10%水溶液10克、5克二甲基亚砜和甘油1克：
外层中B料成分:市售聚3，4-亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸90克、PVA10%水溶液10克、5克二甲基亚砜和硼酸1克，采用A/B/A/B/A/B重复浸渍，AB交联方案生成互穿网络的结构，改善了ESR稳定性，由于外层交联凝胶的特有性，让容量变化大大减少，成功制备了基于双酰胺键氢键增强的传导聚合物5113覆盖在氧化膜的表面，然后放入硝酸锰溶液内，硝酸锰分解变成二氧化锰层5111附着由于在水凝胶体系中存在氢键，所以该导传导聚合物5113在多次升温的过程中能够发生氢键的破坏与重组，宏观表现为实现可逆的凝胶—溶胶转变和具有自修复性；
步骤四：石墨层51浸渍并固化在二氧化锰层5111的表面避免与银涂层7相接产生氧化，银涂层7上沾有银胶42与负极端电极5相接，形成阳极块胚体；
步骤五：制作开口的内壳1和外壳2，并将阳极块胚体放入内壳1内，正极端电极4和负极端电极5穿过内壳1的孔位，并用绝缘粘合剂41填充缝隙处，将内壳1的上盖板和负极端电极5绝缘相接后，焊接在内壳1上密封；
步骤六：内壳1放置在顶部开口的外壳2内，并与限位杆21专配后，弹簧3套在限位杆21上，将正极端电极4和负极端电极5穿过外壳2的孔位，并用的上盖板焊接密封；
步骤七：外壳2的外部 用环氧树脂23浇注，并将正极端电极4和负极端电极5的浇注在外部。
实施例二：
请参阅图2，铝电容器内的内壳1和外壳2为铝材料制成的构件，环氧树脂23填充在内壳1和外壳2内部，正极端电极4和负极端电极5与外壳2相接外壁上套有绝缘管，正极端电极4和负极端电极5与内壳1和外壳2相接的缝隙中填充绝缘粘合剂41，包括内壳1和外壳2，外壳2笼罩在内壳1的外部，负极端电极5位于内壳1内的端口顶部外壁上涂有与内壳1相固定的绝缘粘合剂41，进行绝缘的处理，负极端电极5的端口底部外壁上涂有银胶42，将负极端电极5和银涂层7之间进行牢固的连接同时，不会影响其导电的性能，负极端电极5通过银胶42粘结在银涂层7上，银涂层7的内壁上刷有一层石墨层51，石墨层51有较强的导电性，同时可以隔绝银涂层7和二氧化锰层5111之间的连接，石墨层51的内壁上刷有一层氧化层511，氧化层511包括二氧化锰层5111、五氧化二钽层5112和传导聚合物5113，二氧化锰层5111和五氧化二钽层5112相互贴合，五氧化二钽层5112与多孔钽阳极块6相接，二氧化锰层5111与石墨层51相接，传导聚合物5113位于二氧化锰层5111和五氧化二钽层5112之间，并相互连接，氧化层511内存放有多孔钽阳极块6，正极端电极4位于内壳1内部的端口上依次贯穿石墨层51和氧化层511延伸至液体电解质的内部，正极端电极4的端口处焊接金属丝，金属丝采用镍铁合金的方式焊接，并延伸至液体电解质内。
本发明提供另一技术方案，铝电容器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：电容中的电解液并非直接灌进电容，呈液态浸泡住铝箔，而是经过吸附了电解液的电解纸与铝箔层层贴合，这当中，选用的电解纸与平凡纸张的配方有些分歧，是呈微孔状的，纸的外观不含有杂质，不然将影响电解液的性能；
步骤二：当电解纸卷绕完毕之后，就将电解液灌进去，使电解液浸渍到电解纸上密封，用氧化层511包覆在电解纸外部，正极端电极4的端口延伸至液体电解质；
步骤三：在将步骤2清洗在氧化层511，用聚3，4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸直接掺杂到丙烯酰基甘氨酰胺NAGA和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，共聚形成的物理交联水凝胶中，成功制备了基于双酰胺键氢键增强的传导聚合物5113覆盖在氧化膜的表面，然后放入硝酸锰溶液内，硝酸锰分解变成二氧化锰层5111附着，由于在导电水凝胶体系中存在氢键，所以该导传导聚合物5113在多次升温的过程中能够发生氢键的破坏与重组，宏观表现为实现可逆的凝胶—溶胶转变和具有自修复性，其自修复效率可达60%以上，实现较大程度地恢复其力学性能和电学性能；
步骤四：石墨层51浸渍并固化在二氧化锰层5111的表面避免与银涂层7相接产生氧化，银涂层7上沾有银胶42与负极端电极5相接，形成阳极块胚体；
步骤五：制作开口的内壳1和外壳2，并将阳极块胚体放入内壳1内，正极端电极4和负极端电极5穿过内壳1的孔位，并用绝缘粘合剂41填充缝隙处，将内壳1的上盖板和负极端电极5绝缘相接后，焊接在内壳1上密封；
步骤六：内壳1放置在顶部开口的外壳2内，将正极端电极4和负极端电极5穿过外壳2的孔位，并用环氧树脂23浇注浇注在外壳2和内壳1之间，将外壳1的上盖板焊接；
综上所述，本铝电容器及其制备方法，在铝电容器中增加的弹簧3的设置可以将内壳1和外壳2之间的连接构成弹性的连接方式，在内壳1或外壳2之间可以发生较大的相对晃动时，利用弹簧3之间的吸收作用，将振动的动能进行吸收，在铝电容中加入利用制备了基于双酰胺键氢键增强的传导聚合物5113覆盖在氧化膜的表面，在多次升温的过程中能够发生氢键的破坏与重组，宏观表现为实现可逆的凝胶—溶胶转变和具有自修复性，实现较大程度地恢复其力学性能和电学性能，提高了电容器的整体安全性，以及寿命。
Claims (4)
1.铝电容器，其特征在于，包括内壳（1）和外壳（2），外壳（2）笼罩在内壳（1）的外部，内壳（1）的四个侧壁上分别安装有一组相互对称的前板（11）和后板（12），外壳（2）的内壁上设置有贯穿前板（11）和后板（12）的限位杆（21），环氧树脂（23）填充在内壳（1）和外壳（2）内部，限位杆（21）位于前板（11）和后板（12）之间的外壁上固定有与外壳（2）相接的中板（22），中板（22）和前板（11）以及后板（12）之间均连接套在限位杆（21）的弹簧（3），所述环氧树脂（23）相互对称的两端上分别设有贯穿外壳（2）两端延伸至内壳（1）内腔的正极端电极（4）和负极端电极（5），负极端电极（5）位于内壳（1）内的端口顶部外壁上涂有与内壳（1）相固定的绝缘粘合剂（41），负极端电极（5）的端口底部外壁上涂有银胶（42），负极端电极（5）通过银胶（42）粘结在银涂层（7）上，所述银涂层（7）的内壁上刷有一层石墨层（51），石墨层（51）的内壁上刷有一层氧化层（511），氧化层（511）内存放有多孔钽阳极块（6），所述正极端电极（4）位于内壳（1）内部的端口上依次贯穿石墨层（51）和氧化层（511）延伸至多孔钽阳极块（6）的内部；
所述氧化层（511）包括二氧化锰层（5111）、五氧化二钽层（5112）和传导聚合物（5113），二氧化锰层（5111）和五氧化二钽层（5112）相互贴合，五氧化二钽层（5112）与多孔钽阳极块（6）相接，二氧化锰层（5111）与石墨层（51）相接，传导聚合物（5113）位于二氧化锰层（5111）和五氧化二钽层（5112）之间，并相互连接；
所述铝电容器内的内壳（1）和外壳（2）为铝材料制成的构件，正极端电极（4）和负极端电极（5）与外壳（2）相接外壁上套有绝缘管，正极端电极（4）和负极端电极（5）与内壳（1）和外壳（2）相接的缝隙中填充绝缘粘合剂（41）。
2.根据权利要求1所述的铝电容器，其特征在于：正极端电极（4）的端口处焊接钽金属丝，钽金属丝采用镍铁合金的方式焊接，并延伸至多孔钽阳极块（6）内。
3.如权利要求1-2任一项所述的铝电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先将钽粉与粘合剂混合均匀，然后将钽粉和粘合剂的混合物加入到去离子水和酒精的混合液中充分搅拌均匀，等待混合液挥发后，得铝浆，并将正极端电极（4）上的钽金属丝一端放置在铝浆上，一起压制成多孔钽阳极块（6）；
S2：在多孔钽阳极块（6）即将成型时，将粘合剂去除，利用电化学的方法在多孔钽阳极块（6）表面生成一层致密的绝缘五氧化二钽层（5112），并倒入硝酸溶液渗透到多孔钽阳极块（6），在多孔钽阳极块（6）表面生产五氧化二钽层（5112）的氧化膜；
S3：在将S2的多孔钽阳极块（6）清洗干燥后，用聚3，4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸直接掺杂到丙烯酰基甘氨酰胺NAGA和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸内共聚形成物理交联的水凝胶，水凝胶的内层采用微乳液原位聚合法，聚3，4-亚乙二氧基噻吩、乳化剂和硝酸锰配成微乳液然后浸渗透进入多孔钽阳极块（6）内部，升温到150度，多次重复浸原位聚合在多孔钽阳极块（6）表面后，再加点聚苯乙烯磺酸和微量偶联剂在微乳液里，外层中A料成分:市售的P聚3，4-亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸90克、PVA10%水溶液10克、5克二甲基亚砜和1克甘油；
外层中B料成分:市售聚3，4-亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸90克、PVA10%水溶液10克、5克二甲基亚砜和1克硼酸，采用A/B/A/B/A/B重复浸渍，AB交联方案生成互穿网络的结构，改善了ESR稳定性，由于外层交联凝胶的特有性，让容量变化大大减少，成功制备了基于双酰胺键氢键增强的传导聚合物（5113）覆盖在多孔钽阳极块（6）的表面，然后放入硝酸锰溶液内，硝酸锰分解变成二氧化锰层（5111）附着；
S4：石墨层（51）浸渍并固化在二氧化锰层（5111）的表面避免与银涂层（7）相接产生氧化，银涂层（7）上沾有银胶（42）与负极端电极（5）相接，形成阳极块胚体；
S5：制作开口的内壳（1）和外壳（2），并将阳极块胚体放入内壳（1）内，正极端电极（4）和负极端电极（5）穿过内壳（1）的孔位，并用绝缘粘合剂（41）填充缝隙处，将内壳（1）的上盖板和负极端电极（5）绝缘相接后，焊接在内壳（1）上密封；
S6：内壳（1）放置在顶部开口的外壳（2）内，并与限位杆（21）专配后，弹簧（3）套在限位杆（21）上，将正极端电极（4）和负极端电极（5）穿过外壳（2）的孔位，并用上盖板焊接密封；
S7：内壳（1）和外壳（2）之间用环氧树脂（23）浇注，正极端电极（4）和负极端电极（5）端口穿出环氧树脂（23）延伸至外部。
4.如权利要求3所述的铝电容器的制备方法，其特征在于，针对S3中，由于在水凝胶中存在氢键，所以该传导聚合物（5113）多次升温的过程中能够发生氢键的破坏与重组，宏观表现为实现可逆的凝胶—溶胶转变和具有自修复性。
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