CN111640578A

CN111640578A - 一种led用铝电解电容器的工作电解液及其制备方法

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Publication number: CN111640578A
Application number: CN202010429981.7A
Authority: CN
Inventors: 李加升; 邓杨保; 熊洁; 肖卫初; 谭跃; 李稳国
Original assignee: Hunan City University
Current assignee: Hunan City University
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2020-09-08

Abstract

本发明属于电容器领域，具体涉及一种LED用铝电解电容器的工作电解液及其制备方法，所述电解液按照质量份包括以下组分：40‑56份主溶剂、10‑20份的辅助溶剂、15‑30份的溶质、4‑6份闪火电压提升剂。本发明电解液具有高温稳定性较好、闪火电压较高、较宽工作温度范围的，加热后电导率高且稳定的电解液及制备方法，具有较好的应用前景与市场前景。

Description

一种LED用铝电解电容器的工作电解液及其制备方法

技术领域

本发明属于电容器领域，具体涉及一种LED用铝电解电容器的工作电解液及其制备方法。

背景技术

近几年随着国家节能降耗的需求，能耗降低20％，电耗降低7％。国内LED销量整体呈增加趋势，铝电解电容器作为其主要元器件，需求量也将保持可观的增长率和需求量。

LED专电解电容器，其主要发展趋势是产品的小型化、耐大纹波以及高稳定性。铝电解电容器的生产过程是：

配液→分切→铆接→卷绕、烘干→含浸→老化→组装→套管→充电老化→测试→包装→成品检验→入库。

传统的电解液溶质主要优先选用长碳链的羧酸铵盐或羧酸，但目前研发所用的长碳链羧酸铵盐或羧酸主要来自国外，国内的生产技术并不成熟，因此会导致电解液的生产成本高，不适用与实际的生产。采用长碳链羧酸铵盐或羧酸为主溶质，其电解液电导率均比较低，产品损耗较大。

目前，现有LED专用铝电解电容器由于采用的工作电解液体系比较单一，工作电解液高温物化性能不稳定，闪火电压偏低，易发生热分解、酰胺化以及酯化等反应，同时由于其采用常规设计，电容器稳定性不高，耐纹波电流能力较差，且高温反应下易分解等，导致产品在生产充电老化的过程中，便出现产品内部发热高，电容发热严重，失效快温升变化大的现象，导致LED灯用电解电容器不能正常工作。加之，产品的小型化，内部空间的减少，温升变化大的现象直接导致产品内部重复打火烧伤、微爆炸，重复充电老化时该现象会重复出现，该不良现象在使用过程中会导致短路，存在严重的质量隐患。

这些都与现有电解液有关，电解液对铝电解电容器有决定性的作用。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种LED用铝电解电容器的工作电解液及其制备方法。本发明电解液具有高温稳定性较好、闪火电压较高、较宽工作温度范围的，加热后电导率高且稳定。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种LED用铝电解电容器的工作电解液，按照质量份包括以下组分：40-56份主溶剂、10-20份的辅助溶剂、15-30份的溶质、4-6份闪火电压提升剂。

进一步的，所述主溶剂为乙二醇。

进一步的，所述辅助溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚中的至少一种。

进一步的，所述溶质包括二聚酸盐、癸二酸、苯甲酸苄酸酯、己二酸、硼酸、五硼酸、壬二酸、十二双酸、甲酸铵、苯甲酸、乙二胺中的两种或两种以上；

进一步的，所述闪火电压提升剂为纳米二氧化硅分散剂、硼酸乙二醇聚酯、硼酸丙二醇聚酯、硼酸丙三醇聚酯、硼酸聚乙二醇聚酯中的一种或多种。

进一步的，所述电解液按质量份还包括缓蚀剂和稳定剂，所述缓蚀剂选自磷酸单丁酯及硝基苯甲醚中的至少一种，所述稳定剂选自酒石酸和马来酸中的至少一种。

一种LED用铝电解电容器的工作电解液的制备方法，包括下列步骤：

S1、将主溶剂和辅助溶剂混合后加热至100～125℃，加入溶质，保温5-20分钟，得到混合液；

S2、在温度为100～110℃的条件下，在所述混合液中加入闪火电压提升剂至溶解，加热至125-135℃，保温10-40分钟；

S3，再加入电解液的全部组分后，搅拌均匀，降温至85-100℃，保温10-30min，冷却，得到所述电解液。

一种铝电解电容器，其使用上述的电解液而成或使用上述电解液的制备方法而成。

本发明的有益效果：

1、本发明的LED专用铝电解电容器用工作电解液特性劣化少，电解液性能稳定，电解液黏度小，利于批量生产，可降低生产成本。

2、本发明的铝电解电容器用电解液火花电压高，加热处理后电导率也不降低，能够较高地维持电导率，并且即使在使用电压高的情况下也不短路。

3、本发明的电解液在制作过程中经过两次升温降温发生聚合反应后，确保了电解液的黏度的稳定性，提高了闪火电压，制作出来的铝电解电容器可用于160-500V电压。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

优选的，所述主溶剂为乙二醇。

优选的，所述辅助溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚中的至少一种。

优选的，所述溶质包括二聚酸盐、癸二酸、苯甲酸苄酸酯、己二酸、硼酸、五硼酸、壬二酸、十二双酸、甲酸铵、苯甲酸、乙二胺中的两种或两种以上；

优选的，所述闪火电压提升剂为纳米二氧化硅分散剂、硼酸乙二醇聚酯、硼酸丙二醇聚酯、硼酸丙三醇聚酯、硼酸聚乙二醇聚酯中的一种或多种。

优选的，所述电解液按质量份还包括缓蚀剂和稳定剂，所述缓蚀剂选自磷酸单丁酯及硝基苯甲醚中的至少一种，所述稳定剂选自酒石酸和马来酸中的至少一种。

实施例1

一种LED用铝电解电容器的工作电解液，按照质量份包括以下组分：48份主溶剂、16份的辅助溶剂、17份的溶质、5份闪火电压提升剂。

所述主溶剂为乙二醇。所述辅助溶剂为乙二醇甲醚。所述溶质包括二聚酸盐、癸二酸、苯甲酸苄酸酯；所述闪火电压提升剂为纳米二氧化硅分散剂、硼酸乙二醇聚酯。

所述电解液按质量份还包括缓蚀剂和稳定剂，所述缓蚀剂为磷酸单丁酯及硝基苯甲醚，所述稳定剂酒石酸。

S1、将主溶剂和辅助溶剂混合后加热至118℃，加入溶质，保温13分钟，得到混合液；

S2、在温度为108℃的条件下，在所述混合液中加入闪火电压提升剂至溶解，加热至130℃，保温30分钟；

S3，再加入电解液的全部组分后，搅拌均匀，降温至95℃，保温18min，冷却，得到所述电解液。

一种铝电解电容器，其使用上述的电解液而成和使用上述电解液的制备方法而成。

实施例2

一种LED用铝电解电容器的工作电解液，按照质量份包括以下组分：40份主溶剂、10份的辅助溶剂、15份的溶质、4份闪火电压提升剂。

所述主溶剂为乙二醇。

所述辅助溶剂乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚。

所述溶质包括己二酸、苯甲酸苄酸酯、硼酸、五硼酸、壬二酸、十二双酸、甲酸铵、苯甲酸；

所述闪火电压提升剂为硼酸丙二醇聚酯、硼酸丙三醇聚酯、硼酸聚乙二醇聚酯。

所述电解液按质量份还包括缓蚀剂和稳定剂，所述缓蚀剂为磷酸单丁酯及硝基苯甲醚，所述稳定剂为酒石酸和马来酸。

S1、将主溶剂和辅助溶剂混合后加热至125℃，加入溶质，保温20分钟，得到混合液；

S2、在温度为110℃的条件下，在所述混合液中加入闪火电压提升剂至溶解，加热至135℃，保温40分钟；

S3，再加入电解液的全部组分后，搅拌均匀，降温至100℃，保温30min，冷却，得到所述电解液。

实施例3

一种LED用铝电解电容器的工作电解液，按照质量份包括以下组分：56份主溶剂、20份的辅助溶剂、30份的溶质、6份闪火电压提升剂。

所述主溶剂为乙二醇。所述辅助溶剂为乙二醇丁醚。

所述溶质包括二聚酸盐硼酸、五硼酸、壬二酸、十二双酸、甲酸铵、苯甲酸、乙二胺；

所述闪火电压提升剂为纳米二氧化硅分散剂、硼酸丙二醇聚酯、硼酸丙三醇聚酯、硼酸聚乙二醇聚酯。

所述电解液按质量份还包括缓蚀剂和稳定剂，所述缓蚀剂为硝基苯甲醚，所述稳定剂为马来酸。

S1、将主溶剂和辅助溶剂混合后加热至100℃，加入溶质，保温5分钟，得到混合液；

S2、在温度为100℃的条件下，在所述混合液中加入闪火电压提升剂至溶解，加热至125℃，保温10分钟；

S3，再加入电解液的全部组分后，搅拌均匀，降温至85℃，保温10min，冷却，得到所述电解液。

对比例1

本对比例中，所述辅助溶剂替换为16份聚乙二醇，其他同实施例1。

对比例2

本对比例中，所述辅助溶剂替换为16份聚乙二醇，所述闪火电压提升剂还包括2份聚乙烯醇，其他同实施例1。

对比例3

本对比例中，所述所述闪火电压提升剂还包括2份聚乙烯醇。其他同实施例1。

对比例4

本对比例中，制备方法为将LED专用铝电解电容器用工作电解液的所有组分加入，加热至130℃，冷却得到电解液。其他同实施例1。

试验例

使用实施例1～3和对比例1～4中得到的电解液，利用以下所示的方法评价初期电导率、在125℃经过1000小时后的电导率变化率、火花电压，将其结果记载于表1。

表1：

初期电导率和耐热试验后的电导率变化率

使用电导率计，首先测定实施例、对比例的电解液在30℃的初期电导率。

在该评价条件下，初期电导率通常优选为1.0mS/cm以上。

接着，将电解液密闭于耐压容器中，在125℃的干燥机中放置1000小时，实施耐热试验。从耐压容器中取出耐热试验后的电解液，同样地测定30℃下的电导率。计算出耐热试验前后的电导率变化率(％)。

电导率变化率(％)＝[(初期电导率－耐热试验后的电导率)/初期电导率]×100

在该评价条件下，电导率变化率(％)通常优选为25％以下。

需要说明的是，对比例2的电解液在耐热试验后成为凝胶状，无法测定电导率。

火花电压

阳极使用10cm²的高压用化学蚀刻铝箔，阴极使用10cm²的平坦的铝箔，测定在25℃负载恒流(2mA)时的电解液的火花电压(V)。

在该评价条件下，火花电压通常优选为470V以上。

性能评价的结果，如表1所示，本发明的实施例1～3的电解液的初期电导率、电导率变化率、火花电压这三个项目均良好。

另一方面，使用了并非本发明中的聚乙二醇初期电导率不良。使用闪火电压提升剂2份聚乙烯醇对比例2和对比例3的电解液的电导率变化率不良。

另外，使用聚乙烯醇在对比例3的电解液在耐热试验后成为凝胶状，无法测定电导率(电导率变化率不良)。

工业实用性

本发明的ED专用铝电解电容器用工作电解液以及使用了该电解液的铝电解电容器的劣化少，相比对比例的劣化少了27％以上，可以推广使用。

用实施例1～3和对比例1～4的电解液制作了卷绕式铝电解电容器(额定电压为250V、静电容量为82μF、尺寸：10×16mm)。封口橡胶使用了过氧化物硫化的丁基橡胶。对于所制作的铝电解电容器，利用下述测定方法测定了耐热试验(放置于125℃下)开始时、1000小时后、3000小时后的静电容量(C)、其变化率(△C％)、损耗角正切(tanδ)、泄漏电流(LC)。

即，关于静电容量(C)、静电容量变化率(△C％)和损耗角正切(tanδ)，利用LCR计(电感电容电阻测量计)以频率120Hz/20℃进行了测定。另外对于泄漏电流(LC)来说，在施加额定电压后，测定2分钟后的电流值。结果列于表2。

表2：

如表2所示，实施例1～3、比较例1～4在初始时均未发生短路，因而可以说火花电压均为较高。但是，对比例2在1000小时、3000小时内发生了短路，对比例3和对比例4在3000H发生了短路。

另外，实施例1～4在初始时的泄漏电流(LC)也低，因而短路的危险性小，在3000小时的泄漏电流(LC)也低，因而可以说短路的危险性更小。

另外可知，实施例1～3在初始时与对比例相比损耗角正切(tanδ)小，因而特性劣化也少，进一步，实施例1～3在3000小时的tanδ也小，因而特性劣化更少。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种LED用铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，按照质量份包括以下组分：40-56份主溶剂、10-20份的辅助溶剂、15-30份的溶质、4-6份闪火电压提升剂。

2.根据权利要求1所述的LED专用铝电解电容器用工作电解液，其特征在于，所述主溶剂为乙二醇。

3.根据权利要求1所述的LED专用铝电解电容器用工作电解液，其特征在于，所述辅助溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的LED专用铝电解电容器用工作电解液，其特征在于，所述溶质包括二聚酸盐、癸二酸、苯甲酸苄酸酯、己二酸、硼酸、五硼酸、壬二酸、十二双酸、甲酸铵、苯甲酸、乙二胺中的两种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的LED专用铝电解电容器用工作电解液，其特征在于，所述闪火电压提升剂为纳米二氧化硅分散剂、硼酸乙二醇聚酯、硼酸丙二醇聚酯、硼酸丙三醇聚酯、硼酸聚乙二醇聚酯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的LED专用铝电解电容器用工作电解液，其特征在于，所述电解液按质量份还包括缓蚀剂和稳定剂，所述缓蚀剂选自磷酸单丁酯及硝基苯甲醚中的至少一种，所述稳定剂选自酒石酸和马来酸中的至少一种。

7.一种根据权利要求1-6任意一项所述的LED专用铝电解电容器用工作电解液的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

8.一种铝电解电容器，其使用权利要求1～6的任一项所述的电解液而成或使用权利要求7所述的电解液的制备方法而成。