CN111653430B - 一种高闪火电压高电导率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
本发明公开了一种高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液以及铝电解电容器，其中电解液包括下述重量份的原料：乙二醇55‑75份、二甘醇5‑10份、癸二酸铵2‑4份、1,7‑二癸二酸铵4‑6份、次亚磷酸铵0.4‑0.8份、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅3‑5份、γ‑聚谷氨酸0.5‑1.5份、聚乙烯吡咯烷酮1.5‑3份、聚乙二醇5‑10份、对硝基苯甲醇0.6‑1份。本发明通过对电解液配方的优化，使制得的电解液闪火电压≥510V，电导率≥1.6ms/cm，而且绿色环保；其组装而成的铝电解电容器阻抗低，且能满足2000V的抗雷击要求。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解电容器技术领域，尤其涉及一种高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液以及铝电解电容器。
背景技术
铝电解电容器是一种电子产品中重要的储能元器件，具有容量大、耐电压高、价格低廉等优点，广泛应用于手机、电脑、数码相机等消费电子领域以及机电、汽车、通信等工业类领域。随着技术的发展，对电子元器件的使用性能、使用寿命、使用环境、以及广泛适用性提出了更高的要求。很多电子设备，例如路由器、充电器、服务器等都要求较高的防雷击性能，可以承受较高的瞬间电压和电流冲击。同时，出于对铝电解电容器低阻抗值的要求，如何研制既具有抗2000V雷击性能，又达到低阻要求的铝电解电容器，成为十分重要的研究课题。由于铝电解电容器的电解液对电容器的阻抗值和抗雷击性能起到至关重要的影响，为了达到低阻以及抗2000V雷击的要求，需要铝电解电容器用电解液在满足高闪火电压的同时，保持较高的电导率。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液以及铝电解电容器。
本发明提出的一种高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液，包括下述重量份的原料：
乙二醇55-75份、二甘醇5-10份、癸二酸铵2-4份、1,7-二癸二酸铵4-6份、次亚磷酸铵0.4-0.8份、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅3-5份、γ-聚谷氨酸0.5-1.5份、聚乙烯吡咯烷酮1.5-3份、聚乙二醇5-10份、对硝基苯甲醇0.6-1份。
优选地，所述的高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液包括下述重量份的原料：
乙二醇65份、二甘醇8份、癸二酸铵3份、1,7-二癸二酸铵5份、次亚磷酸铵0.6份、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅4份、γ-聚谷氨酸1份、聚乙烯吡咯烷酮2份、聚乙二醇7份、对硝基苯甲醇0.9份。
优选地，所述琥珀酸酐改性纳米二氧化硅是用琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550对纳米二氧化硅进行改性制得。
优选地，所述琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅的重量比为(0.5-1)：(0.5-1)：10。
优选地，所述琥珀酸酐改性纳米二氧化硅的制备方法为：将琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅加入适量有机溶剂中分散均匀，然后于40-60℃搅拌3-5h，再加入适量水继续保温搅拌5-8h，经过离心、洗涤、干燥，即得。
优选地，所述有机溶剂、水、纳米二氧化硅的重量比为(50-100)：(2-10):1。
优选地，所述有机溶剂为甲苯或者DMF。
一种所述的高闪火电压高电导率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、二甘醇、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇混合后于100-120℃保温搅拌30-60min；
S2、将温度降至55-65℃，然后加入次亚磷酸铵、γ-聚谷氨酸、对硝基苯甲醇保温搅拌30-60min；
S3、将温度降至室温，加入琥珀酸酐改性纳米二氧化硅分散均匀，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、二甘醇复配作为溶剂，癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵复配作为溶质，次亚磷酸铵、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅、γ-聚谷氨酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、对硝基苯甲醇作为添加剂，制得一种高闪火电压高电导率的铝电解电容器用电解液，其中琥珀酸酐改性纳米二氧化硅是在纳米二氧化硅表面接枝琥珀酸酐，一方面，通过在纳米二氧化硅表面引入适量的羧基，在溶剂中电离出阴离子，在电场的作用下，能促进纳米二氧化硅在阳极氧化膜上的吸附，有助于快速修复氧化膜的损伤，达到进一步提升闪火电压的效果，另一方面，琥珀酸酐对纳米二氧化硅的适度表面改性可以提高纳米二氧化硅在电解液中的分散性能，从而有助于发挥其提高电导率、提升闪火电压的性能，通过控制琥珀酸酐、偶联剂与纳米二氧化硅的比例，可以调整纳米二氧化硅表面合适的琥珀酸酐接枝量以及表面羧基含量，从而更好地提升电解液的闪火电压和电导率；将琥珀酸酐改性纳米二氧化硅、γ-聚谷氨酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇复配作为闪火电压提升剂，可以在氧化膜表面形成保护层，并快速修复氧化膜的损伤，从而大幅度提升闪火电压，同时保持较高的电导率。次亚磷酸铵是防水合剂，可以在铝氧化膜表面形成一层网络状磷酸铝转化膜，抑制电解液中的水分子与铝氧化膜的反应，保持电容器的性能；对硝基苯甲醇是消氢剂，可以消除工作电解液中释放的氢气，降低电容器工作时的内部压力。本发明通过对电解液配方的优化，使制得的电解液闪火电压≥510V，电导率≥1.6ms/cm，而且避免在电解液成分中引入硼，绿色环保；其组装而成的铝电解电容器阻抗低，且能满足2000V的抗雷击要求，适合在对抗雷击性能有特殊要求的场合使用。
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
一种高闪火电压高电导率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、二甘醇5份、癸二酸铵2份、1,7-二癸二酸铵4份、次亚磷酸铵0.4份、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅3份、γ-聚谷氨酸0.5份、聚乙烯吡咯烷酮1.5份、聚乙二醇5份、对硝基苯甲醇0.6份。
琥珀酸酐改性纳米二氧化硅的制备方法为：将琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅加入适量DMF中分散均匀，然后于40℃搅拌3h，再加入适量水继续保温搅拌5h，经过离心、洗涤、干燥，即得。
其中，琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅的重量比为0.5：0.5：10；DMF、水、纳米二氧化硅的重量比为50：2:1。
高闪火电压高电导率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、二甘醇、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇混合后于100℃保温搅拌30min；
S2、将温度降至55℃，然后加入次亚磷酸铵、γ-聚谷氨酸、对硝基苯甲醇保温搅拌30min；
S3、将温度降至室温，加入琥珀酸酐改性纳米二氧化硅分散均匀，即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
实施例2
一种高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液，包括下述重量份的原料：
乙二醇75份、二甘醇10份、癸二酸铵4份、1,7-二癸二酸铵6份、次亚磷酸铵0.8份、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅5份、γ-聚谷氨酸1.5份、聚乙烯吡咯烷酮3份、聚乙二醇10份、对硝基苯甲醇1份。
琥珀酸酐改性纳米二氧化硅的制备方法为：将琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅加入适量DMF中分散均匀，然后于60℃搅拌5h，再加入适量水继续保温搅拌8h，经过离心、洗涤、干燥，即得。
其中，琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅的重量比为1：1：10；DMF、水、纳米二氧化硅的重量比为100：10:1。
高闪火电压高电导率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、二甘醇、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇混合后于120℃保温搅拌60min；
S2、将温度降至65℃，然后加入次亚磷酸铵、γ-聚谷氨酸、对硝基苯甲醇保温搅拌60min；
S3、将温度降至室温，加入琥珀酸酐改性纳米二氧化硅分散均匀，即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
实施例3
一种高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液，包括下述重量份的原料：
乙二醇65份、二甘醇8份、癸二酸铵3份、1,7-二癸二酸铵5份、次亚磷酸铵0.6份、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅4份、γ-聚谷氨酸1份、聚乙烯吡咯烷酮2份、聚乙二醇7份、对硝基苯甲醇0.9份。
琥珀酸酐改性纳米二氧化硅的制备方法为：将琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅加入适量DMF中分散均匀，然后于50℃搅拌4h，再加入适量水继续保温搅拌6h，经过离心、洗涤、干燥，即得。
其中，琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅的重量比为0.75：0.75：10；DMF、水、纳米二氧化硅的重量比为80：4:1。
高闪火电压高电导率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、二甘醇、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇混合后于115℃保温搅拌50min；
S2、将温度降至60℃，然后加入次亚磷酸铵、γ-聚谷氨酸、对硝基苯甲醇保温搅拌40min；
S3、将温度降至室温，加入琥珀酸酐改性纳米二氧化硅分散均匀，即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
对比例1
一种高闪火电压高电导率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、二甘醇5份、癸二酸铵2份、1,7-二癸二酸铵4份、次亚磷酸铵0.4份、纳米二氧化硅3份、γ-聚谷氨酸0.5份、聚乙烯吡咯烷酮1.5份、聚乙二醇5份、对硝基苯甲醇0.6份。
高闪火电压高电导率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、二甘醇、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇混合后于100℃保温搅拌30min；
S2、将温度降至55℃，然后加入次亚磷酸铵、γ-聚谷氨酸、对硝基苯甲醇保温搅拌30min；
S3、将温度降至室温，加入纳米二氧化硅分散均匀，即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
对比例2
一种高闪火电压高电导率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、二甘醇5份、癸二酸铵2份、1,7-二癸二酸铵4份、次亚磷酸铵0.4份、纳米二氧化硅3份、聚乙二醇7份、对硝基苯甲醇0.6份。
高闪火电压高电导率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、二甘醇、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55℃，然后加入次亚磷酸铵、对硝基苯甲醇保温搅拌30min；
S3、将温度降至室温，加入纳米二氧化硅分散均匀，即得。
一种铝电解电容器，包括上述电解液。
对实施例1-3以及对比例1制得的电解液进行性能测试，其中电导率用电导率测试仪进行测量，闪火电压用电解液闪火测试仪进行测量。测试结果如表1所示：
表1电解液性能测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 电导率(ms/cm) | 1.65 | 1.80 | 1.85 | 1.60 | 1.60 |
| 闪火电压(V) | 515 | 510 | 525 | 495 | 480 |
由此可见，本发明的电解液能满足闪火电压≥510V、电导率≥1.6ms/cm的要求，具有高闪火电压、高电导率的优良特性。本发明的电解液组装而成的铝电解电容器能满足2000V的抗雷击要求，而且低阻抗，适合在对抗雷击性能有特殊要求的场合使用。
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 (6)
1.一种高闪火电压高电导率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55-75份、二甘醇5-10份、癸二酸铵2-4份、1,7-二癸二酸铵4-6份、次亚磷酸铵0.4-0.8份、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅3-5份、γ-聚谷氨酸0.5-1.5份、聚乙烯吡咯烷酮1.5-3份、聚乙二醇5-10份、对硝基苯甲醇0.6-1份；
所述琥珀酸酐改性纳米二氧化硅的制备方法为：将琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅加入适量有机溶剂中分散均匀，然后于40-60℃搅拌3-5h，再加入适量水继续保温搅拌5-8h，经过离心、洗涤、干燥，即得；
所述高闪火电压高电导率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、二甘醇、癸二酸铵、1,7-二癸二酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇混合后于100-120℃保温搅拌30-60min；
S2、将温度降至55-65℃，然后加入次亚磷酸铵、γ-聚谷氨酸、对硝基苯甲醇保温搅拌30-60min；
S3、将温度降至室温，加入琥珀酸酐改性纳米二氧化硅分散均匀，即得。
2.根据权利要求1所述的高闪火电压高电导率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65份、二甘醇8份、癸二酸铵3份、1,7-二癸二酸铵5份、次亚磷酸铵0.6份、琥珀酸酐改性纳米二氧化硅4份、γ-聚谷氨酸1份、聚乙烯吡咯烷酮2份、聚乙二醇7份、对硝基苯甲醇0.9份。
3.根据权利要求1所述的高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液，其特征在于，所述琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅的重量比为（0.5-1）：（0.5-1）：10。
4.根据权利要求1所述的高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液，其特征在于，所述琥珀酸酐改性纳米二氧化硅的制备方法为：将琥珀酸酐、硅烷偶联剂KH-550、纳米二氧化硅加入适量有机溶剂中分散均匀，然后于40-60℃搅拌3-5h，再加入适量水继续保温搅拌5-8h，经过离心、洗涤、干燥，即得。
5.根据权利要求4所述的高闪火电压高电导率铝电解电容器用电解液，其特征在于，所述有机溶剂、水、纳米二氧化硅的重量比为（50-100）：（2-10）:1。
6.一种铝电解电容器，其特征在于，所述铝电解电容器包括权利要求1-5任一项所述的电解液。
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