CN111681876A - 一种超高压铝电解电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高压铝电解电容器及其制造方法。一种超高压铝电解电容器的制造方法，其包括以下步骤：（1）芯包卷绕：阳极箔和阴极箔之间介入电解纸卷绕成芯包；（2）含浸步骤：将卷绕的芯包浸入电解液中进行含浸处理；（3）封装步骤：将含浸后的芯包入壳及胶塞封口；（4）老化步骤：常温下分段升压至650V，接着于550V下热充稳压一段时间，然后一次性从0V升压至650V稳压一段时间，结束老化。本发明制造方法制得的超高压铝电解电容器，其工作电压500V，但可抗市电受意外瞬间峰值到达650V。
Description
技术领域
本发明涉及了电容器制造技术领域，特别是涉及了一种超高压铝电解电容器及其制造方法 。
背景技术
工业电源的运用技术相当成熟，如今国际品牌有：施耐德APC，艾默生，伊顿等，国内品牌有：华为，山特，金升阳等，他们为社会发展，科技创新，网络服务做出了不可磨灭的贡献，推动了全人类5G到来，未来的物联网会把人与物相关性连联起来带来更佳便捷，这些都离不开工业电源服务。电网市电由电源来转换，设计者把交流市电转换为直流电压时离不开高压铝电解电容器，目前国内外抗市电瞬间到达电压一般是580V的铝电解电容器，暂没见公布650V，例如国外日本黑金刚NCC(Chemi-con)、红宝石（Rubycon）和国内艾华（AisHi）等。
铝电解电容器属有被动有极性元件，通常主要用于直流电路中。当极性接反或施加的直流电压中叠加的电压过高或超出设计者更高电压时，会损耗与漏电流的增大会产热升温，导致内部气体急速膨胀后防爆阀动作炸裂，有时甚至铝壳内的物体向外弹射，芯纸絮屑四溅沾污，有时会液漏让电源PCB板短路，这种情况在工业电源中为多见，因为工业电源的运用广泛，需要量很多，普通率高。主要滤波电路的铝电解电容受到叠加上的纹波电压较大，处境远比普通滤波电路中的铝电解器要恶劣的多，这种交流高压叠加成为更高压其实是真正导致主滤波电解电容器屡损屡爆的罪魁祸首。为了解决工业电源受市电瞬间变异损坏电源，特别是国外某些地区市电不稳破坏电源能力很强的烦劳。因此工业电源电路中采用一种抗超高压650V铝电解电容器才能有效提高可靠性与安全性。
但是，目前国内仍有使用的电解液改进体系为硼酸+直链羧酸铵盐(DCA)+乙二醇体系。该体系虽能一定程度地降低水含量并具有使用成本低的优点，但 DCA 的强度随碳链的增长而降低。较弱的酸虽能用于较高的电压而不崩溃，但其盐的可溶性随分子量的增大而降低，从而阻抗增加，影响发热引起防爆阀动作。
同时，由于国内普遍采用的是过氧化物硫化的三元乙丙胶塞，使用三元乙丙胶要达到高温的要求，会加入许多抗氧化物以及使用无机填充物来提高抗热性和硬度，无机填充物虽然耐温高但寿命短，抗氧化剂可以耐高温但会影响过氧化物的硫化导致气密性变差，使用工作电解液慢慢被蒸发和电气特性不好，而选择气密性好的树脂硫化方式的丁基胶粒，即可达到很好的密封性能。
还有，对于铝箔没有明确化成体系要求和耐水合槽处理，以及氧化膜槽后级处理，缺陷性氧化膜对产品的耐高压性能变差，使用在市电不稳定的区域无法抗高压叠加而防爆阀动作电解液外漏产品失效。
再者，一般情况下采用两层复合隔离电解纸，没有考虑耐电更高时，改变工艺老化提高耐高压充电时，容易被击穿而防爆阀动作，无法达到工业电源长期使用及市电变异高的冲击而防爆阀动作。
由于产品所要求的抗意外市电变异叠高电压650V铝电解电容器，现有铝箔和电解液搭配组合，在工艺老化修补氧化膜时，无法达到更高的耐电压值 。其次使用的封口橡胶采用过氧化物硫化的三元乙丙胶密封性差和电气特性不好。要提高电容器的抗纹波电压叠加冲击能力，或国内外区域差异产生的市电不稳或升高产生的对造成电容器防爆阀动作的多方因素进行控制，但从另一角度考虑决定电容器的升压快慢的因素，包括电容器的体积大小，表面积大小，但盲目增大体积或表面积却难以适应电子设备的小型化要求。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种超高压铝电解电容器及其制造方法 。工业电源在启动瞬间需要抗叠加纹波电压的电容器来保持整个过程的稳定性，所以要求电容器必须有抗叠加纹波电压能力，本发明在工艺控制上改变老化冷热充电的方法，采用特定的老化工艺解决现有电容器在工艺老化修补氧化膜时无法达到更高的耐电压值的问题，可保证本发明电容器遇到不同区域市电异常升时，可有效防止电容器在叠大纹波高压情况下防爆阀动作，避免工作电解液泄漏失效。本发明制造方法制得的超高压铝电解电容器，其工作电压500V，但可抗市电受意外瞬间峰值到达650V。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一方面，一种超高压铝电解电容器的制造方法，其包括以下步骤：
（1）芯包卷绕：阳极箔和阴极箔之间介入电解纸卷绕成芯包；
（2）含浸步骤：将卷绕的芯包浸入电解液中进行含浸处理；
（3）封装步骤：将含浸后的芯包入壳及胶塞封口；
（4）老化步骤：常温下分段升压至650V，接着于550V下热充稳压一段时间，然后一次性从0V升压至650V 稳压一段时间，结束老化。
作为本发明提供的所述的超高压铝电解电容器的制造方法的一种实施方式，所述老化步骤具体为：常温下分段升压至650V，接着于550V下85~95℃热充稳压3h，然后一次性从0V升压至650V稳压2h结束老化。
本发明采用上述特定的老化工艺，能有效预防充电老化过程中氧化膜修补不完全的问题，遇到不同区域市电异常升时，可有效防止电容器在叠大纹波高压情况下防爆阀动作，避免工作电解液泄漏失效。同时分段升压降低快速上升，产生过快的内部温升，防止电容器老化过程中防爆阀启动。
作为本发明提供的所述的超高压铝电解电容器的制造方法的一种实施方式，在步骤（1）之前还包括将卷绕前的阳极箔浸入化成液中进行化成修复处理，其中，所述化成液为含硼酸3.3-8wt%、有机酸13.5-18wt%的化成液，或者含硼酸8wt%以上的混酸化成液，或者硼酸含量大于20wt%以上的纯硼酸化成液。更进一步地，所述阳极箔化成修复处理后还进行磷酸处理。
本发明对电极箔的化成体系采用了硼酸3.3-8wt%、有机酸13.5-18wt%、余量为纯水的混合化成液，或者采用了硼酸含量大于8wt%以上混酸化成液（混酸是指还包括己二酸铵15wt%，余量为纯水），或者采用了硼酸含20wt%以上、余量为纯水的纯硼酸化成液，同时化成处理后并经过磷酸处理（55-70℃热处理），可使得箔氧化膜更加致密和稳定，有利于产品升压速度，改善产品漏电值，从而保证产品老化充电快速完成650V修补氧化膜，可提高产品抗纹波高压叠加的能力，从而保证产品达到寿命长的要求。
作为本发明提供的所述的超高压铝电解电容器的制造方法的一种实施方式，所述电解液由以下组份按重量百分比组成：直链羧酸盐11.5-17%、乙二醇80-85%、对硝基乙酰苯胺0.1-0.3%、硼酸1-2%和亚磷酸1-1.2%。
本发明电解液采用第三代直链羧酸盐+乙二醇体系，铝电解电容器在漏电流方面较第二代电解液有较显据改善，但羧酸盐由于分子量的增大闪火上升，本发明在现有的体系里添加了一种特殊成分改善升耐压值为白色棱状结晶（对硝基乙酰苯胺），熔点215-216（207℃），沸点100℃（1.06×10-3kPa），溶于热水、醇、醚，溶于氢氧化钾溶液成橙色，水解生成对硝基苯胺，还原生成对氨基乙酰苯胺，几乎不溶于冷水。能够防电解液中水的存在，达到耐高温长寿命，提高电解液闪火的能力，使更能有效的抗高压冲击，防止电容器在叠大纹波高压情况下工作时过早防爆阀鼓底致产品失效。
作为本发明提供的所述的超高压铝电解电容器的制造方法的一种实施方式，所述胶塞为树脂硫化的丁基橡胶塞。
作为本发明提供的所述的超高压铝电解电容器的制造方法的一种实施方式，所述封装步骤中用到的束腰轮的外圆面为平面。即，束腰轮的外圆面为非弧面。
本发明封口胶塞选择特殊耐超高压的气密性好的压缩成形树脂硫化方式的丁基胶粒，组立束腰轮改用梯形模可达到很好的密封性能，防止电解液泄漏。
作为本发明提供的所述的超高压铝电解电容器的制造方法的一种实施方式，所述电解纸为4层复合电解纸。
本发明进一步改变电容器内部芯包的结构，电解纸从原来2层再增加2层结构，即4层结构，增加电解液吸附作用，使电解液闪火电压更高，增加电压击穿能力，从而提升耐高压能力，提高了电容器抗叠加变异高电压冲击的能力。
另一方面，一种超高压铝电解电容器，其由上述的超高压铝电解电容器的制造方法制得。
本发明具有如下有益效果：
工业电源在启动瞬间需要抗叠加纹波电压的电容器来保持整个过程的稳定性，所以要求电容器必须有抗叠加纹波电压能力，本发明在工艺控制上改变老化冷热充电的方法，采用特定的老化工艺解决现有电容器在工艺老化修补氧化膜时无法达到更高的耐电压值的问题，可保证本发明电容器遇到不同区域市电异常升时，可有效防止电容器在叠大纹波高压情况下防爆阀动作，避免工作电解液泄漏失效。
考虑铝电解电容器的内部散热快慢的因素，包括电容器的体积大小，表面积大小，但盲目增大体积或表面积却难以适应电子设备的小型化要求。本发明选用离子速度更快的电解液，可提高产品散热系数，降低产品内阻，从而保证产品低阻抗耐叠加纹波高压；电极箔选用本发明化成体系并经过磷类处理，使得箔氧化膜更加致密和稳定，有利于产品升压速度，从而保证产品抗高压要求；电容器内部芯包的电解纸采从原来2层再增加2层结构，增加电解液吸附作用，使用电解液闪火电压更高，产品既有抗高压又能降低内阻发热，且能防耐高压冲击击穿，避免电容器受意外峰值市电升高冲击，导致电容器内部发热防爆炸阀动作。
本发明在提高电容器的抗高压，耐纹波电流等能力，对造成铝电解电容器抗叠加后高压发热的多方因素进行控制，使得本发明制得的超高压铝电解电容器，其工作电压500V，但可抗市电受意外瞬间峰值到达650V，还具有体积小（可小至18*40规格）大容量化（可大至470μF），耐纹波电流大（1200~2800mA），内阻低（3Ω以下），耐高温长寿命化（105℃下可耐2000~12000h）等特点的组合。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种超高压铝电解电容器的制造方法，该电容器尺寸规格为18*50，该制造方法包括以下步骤：
（1）芯包卷绕：阳极箔和阴极箔之间介入电解纸卷绕成芯包。
其中，阳极箔耐压690V，比容0.46μf/cm2；在步骤（1）之前将卷绕前的阳极箔浸入化成液中进行化成修复处理和磷类处理，其中，所述化成液为含硼酸10wt%、已二酸铵15wt%，余量为水的混酸化成液。所述磷类处理是指于55~70℃下进行磷酸处理。
其中，所述电解纸为4层复合电解纸。
（2）含浸步骤：将卷绕的芯包浸入电解液中进行含浸处理，采用循环式抽真空、加压含浸。
所述电解液由以下组份按重量百分比组成：直链羧酸盐11.5%、乙二醇85%、对硝基乙酰苯胺0.3%、硼酸2%和亚磷酸1.2%，电解液电导率1.1-1.3mS/cm。
（3）封装步骤：将含浸后的芯包入壳及胶塞封口。
其中，所述胶塞为树脂硫化的丁基橡胶塞。所述封装步骤中用到的束腰轮的外圆面为平面。
（4）老化步骤：老化电流设为0.02mA/pcs；常温下分段升压至650V，接着于550V下85~95℃热充稳压3h，然后一次性从0V升压至650V稳压2h结束老化。
实施例2
本实施例提供了一种超高压铝电解电容器的制造方法，该电容器尺寸规格为18*50，该制造方法包括以下步骤：
（1）芯包卷绕：阳极箔和阴极箔之间介入电解纸卷绕成芯包。
其中，阳极箔耐压690V，比容0.46μf/cm2；在步骤（1）之前将卷绕前的阳极箔浸入化成液中进行化成修复处理和磷类处理，其中，所述化成液为含硼酸5wt%、有机酸15.5wt%、余量为纯水的化成液。所述磷类处理是指于55~70℃下进行磷酸处理。
其中，所述电解纸为4层复合电解纸。
（2）含浸步骤：将卷绕的芯包浸入电解液中进行含浸处理，采用循环式抽真空、加压含浸。
所述电解液由以下组份按重量百分比组成：直链羧酸盐17%、乙二醇80%、对硝基乙酰苯胺0.3%、硼酸1.5%和亚磷酸1.2%，电解液电导率1.1-1.3mS/cm。
（3）封装步骤：将含浸后的芯包入壳及胶塞封口。
其中，所述胶塞为树脂硫化的丁基橡胶塞。所述封装步骤中用到的束腰轮的外圆面为平面。
（4）老化步骤：老化电流设为0.02mA/pcs；常温下分段升压至650V，接着于550V下85~95℃热充稳压3h，然后一次性从0V升压至650V稳压2h结束老化。
实施例3
本实施例提供了一种超高压铝电解电容器的制造方法，该电容器尺寸规格为18*50，该制造方法包括以下步骤：
（1）芯包卷绕：阳极箔和阴极箔之间介入电解纸卷绕成芯包。
其中，阳极箔耐压690V，比容0.46μf/cm2；在步骤（1）之前将卷绕前的阳极箔浸入化成液中进行化成修复处理和磷类处理，其中，所述化成液为含硼酸25wt%，余量为水的纯硼酸化成液。所述磷类处理是指于55~70℃下进行磷酸处理。
其中，所述电解纸为4层复合电解纸。
（2）含浸步骤：将卷绕的芯包浸入电解液中进行含浸处理，采用循环式抽真空、加压含浸。
所述电解液由以下组份按重量百分比组成：直链羧酸盐16.5%、乙二醇81.4%、对硝基乙酰苯胺0.1%、硼酸1%和亚磷酸1%，电解液电导率1.1-1.3mS/cm。
（3）封装步骤：将含浸后的芯包入壳及胶塞封口。
其中，所述胶塞为树脂硫化的丁基橡胶塞。所述封装步骤中用到的束腰轮的外圆面为平面。
（4）老化步骤：老化电流设为0.02mA/pcs；常温下分段升压至650V，接着于550V下85~95℃热充稳压3h，然后一次性从0V升压至650V稳压2h结束老化。
对比例1
该对比例与实施例1相比，老化步骤修改为：老化电流设为0.02mA/pcs；分段升压至650V，稳压2h结束老化，其余条件与实施例1相同。
对比例2
该对比例与实施例1相比，所述电解液修改为：直链羧酸铵盐(DCA)11.5%、乙二醇85.3%、硼酸2%和亚磷酸1.2%，其余条件与实施例1相同。
对比例3
该对比例与实施例1相比，所述化成液为含硼酸10wt%，余量为纯水的化成液。其余条件与实施例1相同。
将实施例1-3及对比例1-3进行650V充电测试以及电学性能测试，具体结果如下：
根据上述表格可知，本发明在工艺控制上改变老化冷热充电的方法，采用特定的老化工艺解决现有电容器在工艺老化修补氧化膜时无法达到更高的耐电压值的问题，可保证本发明电容器遇到不同区域市电异常升时，可有效防止电容器在叠大纹波高压情况下防爆阀动作，避免工作电解液泄漏失效。
可见当老化步骤未改进、电解液未改进以及化成液未改进，均导致所得电容器整体效果都不好，如650V充电出现鼓起问题/DF过大/漏电流过高/阻抗ESR升高等缺陷，证明了只有同时采用这些处理和/或工艺参数，才能取得最好的技术效果。
可以理解，本发明的技术效果是各个步骤技术特征协同作用的总和，是不可分割的，各步骤之间具有一定的内在相关性，并非单个技术特征效果的简单叠加。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超高压铝电解电容器的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）芯包卷绕：阳极箔和阴极箔之间介入电解纸卷绕成芯包；
（2）含浸步骤：将卷绕的芯包浸入电解液中进行含浸处理；
（3）封装步骤：将含浸后的芯包入壳及胶塞封口；
（4）老化步骤：常温下分段升压至650V，接着于550V下热充稳压一段时间，然后一次性从0V升压至650V 稳压一段时间，结束老化。
2.根据权利要求1所述的超高压铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述老化步骤具体为：常温下分段升压至650V，接着于550V下85~95℃热充稳压3h，然后一次性从0V升压至650V稳压2h结束老化。
3.根据权利要求1或2所述的超高压铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述电解液由以下组份按重量百分比组成：直链羧酸盐11.5-17%、乙二醇80-85%、对硝基乙酰苯胺0.1-0.3%、硼酸1-2%和亚磷酸1-1.2%。
4.根据权利要求3所述的超高压铝电解电容器的制造方法，其特征在于，在步骤（1）之前还包括将卷绕前的阳极箔浸入化成液中进行化成修复处理，其中，所述化成液为含硼酸3.3-8wt%、有机酸13.5-18wt%的化成液，或者含硼酸8wt%以上的混酸化成液，或者硼酸含量大于20wt%以上的纯硼酸化成液。
5.根据权利要求4所述的超高压铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述阳极箔修复处理后还进行磷酸处理。
6.根据权利要求1或2所述的超高压铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述胶塞为树脂硫化的丁基橡胶塞。
7.根据权利要求1所述的超高压铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述电解纸为4层复合电解纸。
8.根据权利要求3所述的超高压铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述封装步骤中用到的束腰轮的外圆面为平面。
9.一种超高压铝电解电容器，其特征在于，其由权利要求1至8任一所述的超高压铝电解电容器的制造方法制得。
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