CN112164589B - 一种固态铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态铝电解电容器及其制备方法，通过将弯折成U型结构的芯子相互穿插交叠形成芯包骨架，将芯包骨架的阴极区域整体浸渍银浆，得到阴极区一体化的电容器芯包雏形，利用芯子之间相互穿插交叠的三维结构，使芯子之间彼此牵引与制约，且阴极区骨架之间填充的银浆固化后，对芯子起到兼具束缚包裹和缓冲保护的作用，进而能够避免机械外力冲击破坏芯子内部结构，提升固态铝电解电容器成品良率；同时在实际堆叠层数与传统结构的叠片式固态铝电解电容器相同的情形下，U型设计的芯子结构，因裁切而裸露出的铝箔边缘更少，使得化成箔电介质层完整度更高，更有利于漏电流的减小，使得固态铝电解电容器漏电流合格率更高。

Description

一种固态铝电解电容器及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝电解电容器制备技术领域，具体为一种固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
目前，固态铝电解电容器主要分为两大类，卷绕型固态铝电解电容器和叠片式固态铝电解电容器。
卷绕型固态铝电解电容器结构与外观均与传统液体铝电解电容器相同，但其以导电聚合物固态电解质代替电解液，主要制备工艺是在阳极箔和阴极箔之间夹入电解纸后卷绕形成芯包，将芯包交替含浸导电聚合物单体和氧化剂，或直接含浸导电聚合物分散液，制得导电聚合物固态电解质，再将芯包以铝制外壳密封；卷绕型固态铝电解电容器受结构限制，体积偏大，厚度偏高，无法满足现有电子信息行业整机小型化、轻薄化的需求；叠片式固态铝电解电容器采用多层芯子并联叠层的结构和表面贴装的设计，以高导电率聚合物作为固体电解质，以环氧树脂封装，在保证优异频率阻抗特性和温度特性的基础上，可满足小体积、低厚度的需求。叠片式固态铝电解电容器虽解决了小体积和低厚度的问题，但其堆叠结构的芯包在树脂封装工序，受注塑设备及封装材料的冲击易发生层间剥离，封装材料流入芯包内部，致使电容器成品失效。基于此，本发明设计了一种固态铝电解电容器及其制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固态铝电解电容器的制备方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种固态铝电解电容器，包括N个第七铝箔，N个所述第七铝箔为带有弯折直径的U型结构，所述第七铝箔一端设置有两组相互对称的方形锯齿，所述方形锯齿上开设有圆形定位孔，所述第七铝箔方形锯齿上涂覆有绝缘胶，所述绝缘胶上方为阳极区，所述绝缘胶下方为阴极区，所述第七铝箔阴极区表面从内到外依次设置有导电聚合物电解质层和导电碳浆层，N个所述第七铝箔的开口相对设置且相互穿插交叠形成芯包骨架，且若干组第七铝箔的阳极区均位于芯包骨架的同一端，所述芯包骨架阴极区内部空间及外表面填充有导电银浆且固化后形成芯包雏形，所述芯包雏形的阴极区和阳极区分别连接有外设引线框，形成电容器芯包，所述电容器芯包进行封装、老化及成型处理后得到固态铝电解电容器。
进一步的，所述绝缘胶涂覆在圆形定位孔的下方，且绝缘胶的下边缘与第七铝箔方形锯齿下边缘的距离为1mm。
进一步的，所述第七铝箔的弯折直径有两种，且两种弯折直径分别为第一铝箔厚度的3倍和4.5倍。
进一步的，N个所述第七铝箔相互穿插交叠，其中第一个第七铝箔和第N个第七铝箔的折弯直径为第一铝箔厚度的3倍，且第二个第七铝箔至第N-1个第七铝箔的折弯直径为第一铝箔厚度的4.5倍。
进一步的，所述外设引线框包括阳极舌和阴极舌，所述阳极舌与芯包雏形阳极相连接，所述阴极舌与芯包雏形阴极相连接。
一种固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1、将化成箔冲切成带有若干个方形锯齿的长条形，形成第一铝箔；
S2、在所述第一铝箔的方形锯齿上涂覆绝缘胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
S3、将所述第二铝箔进行裁切，形成若干个第三铝箔；
S4、将所述第三铝箔弯折成带有弯折直径的U型结构，形成第四铝箔；
S5、将所述第四铝箔阴极区侧面电介质层进行再化成修复处理，形成第五铝箔；
S6、在所述第五铝箔的阴极区表面形成导电聚合物电解质层，形成第六铝箔；
S7、在所述第六铝箔阴极区表面被制导电碳浆，形成第七铝箔；
S8、将N个所述第七铝箔相互穿插交叠，组合成芯包骨架；
S9、用导电银浆将所述芯包骨架的阴极区部分的内部空间及外表面充分填充并固化，得到芯包雏形；
S10、将所述芯包雏形与外设引线框连接，得到电容器芯包；
S11、对所述电容器芯包进行封装、老化及成型处理，得到固态铝电解电容器。
进一步的，所述步骤S6中第六铝箔上的导电聚合物电解质层均由第一导电聚合物层和第二导电聚合物层组成，且第一导电聚合物层和第二导电聚合物层的制备方法分别为：化学聚合法和浸渍导电聚合物分散液法。
进一步的，所述导电聚合物为聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物中的一种或几种。
进一步的，所述步骤S9中导电银浆的填充并固化的方法为浸渍后烘干法，所述浸渍时间为60s-300s，烘干温度为80℃～150℃，烘干时间为10min～60min。
进一步的，所述步骤S10中的外设引线框包括固定在金属框架上的阳极舌和阴极舌，所述阳极舌上设置有定位孔，所述阳极舌与芯包雏形阳极的连接方式为铆接，所述阴极舌与芯包雏形阴极的连接方式为粘合；
所述铆接的具体方法为：采用铜丝逐个穿过芯包雏形阳极部分彼此贯通的定位孔以及阳极舌上的定位孔，再弯折铜丝两端进行铆合；
所述粘合的具体方法为：在引线框阴极舌上涂布导电银胶，再将芯包雏形的阴极与之粘合并烘干固化。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中通过将弯折成U型结构的芯子相互穿插交叠形成芯包骨架，将芯包骨架的阴极区域整体浸渍银浆，得到阴极区一体化的电容器芯包雏形，利用芯子之间相互穿插交叠的三维结构，使芯子之间彼此牵引与制约，且阴极区骨架之间填充的银浆固化后，对芯子起到兼具束缚包裹和缓冲保护的作用，进而能够避免机械外力冲击破坏芯子内部结构，提升固态铝电解电容器成品良率；同时在实际堆叠层数与传统结构的叠片式固态铝电解电容器相同的情形下，U型设计的芯子结构，因裁切而裸露出的铝箔边缘更少，使得化成箔电介质层完整度更高，更有利于漏电流的减小，使得固态铝电解电容器漏电流合格率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中第二铝箔的结构示意图；
图2为本发明中第三铝箔的结构示意图；
图3为本发明中第六铝箔的结构示意图；
图4为本发明中第七铝箔的结构示意图；
图5为本发明中第七铝箔的俯视结构示意图；
图6为本发明中芯包骨架的结构示意图；
图7为本发明中电容器芯包的结构示意图；
图8为本发明中电容器芯包的正视结构示意图；
图9为本发明的制备方法流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、第七铝箔；11、圆形定位孔；12、绝缘胶；2、芯包骨架；3、芯包雏形；4、电容器芯包；5、阳极舌；6、阴极舌；7、铜丝。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：具体为一种固态铝电解电容器，包括N个第七铝箔1，N个所述第七铝箔1为带有弯折直径的U型结构，所述第七铝箔1一端设置有两组相互对称的方形锯齿，所述方形锯齿上开设有圆形定位孔11，所述第七铝箔1方形锯齿上涂覆有绝缘胶12，所述绝缘胶12上方为阳极区，所述绝缘胶12为阴极区，所述第七铝箔1阴极区表面从内到外依次设置有导电聚合物电解质层和导电碳浆层，N个所述第七铝箔1的开口相对设置且相互穿插交叠形成芯包骨架2，且若干组第七铝箔1的阳极区均位于芯包骨架2的同一端，所述芯包骨架2阴极区内部空间及外表面填充有导电银浆且固化后形成芯包雏形3，所述芯包雏形3的阴极区和阳极区分别连接有外设引线框，形成电容器芯包4，所述电容器芯包4进行封装、老化及成型处理后得到固态铝电解电容器。
具体的，所述绝缘胶12涂覆在圆形定位孔11的下方，且绝缘胶11的下边缘与第七铝箔1方形锯齿下边缘的距离为1mm。
具体的，所述第七铝箔1的弯折直径有两种，且两种弯折直径分别为第一铝箔厚度的3倍和4.5倍。
具体的，N个所述第七铝箔1相互穿插交叠后的第一个第七铝箔1和第N个第七铝箔1的折弯直径为第一铝箔厚度的3倍，且第二个第七铝箔至第N-1个第七铝箔的折弯直径为第一铝箔厚度的4.5倍。
具体的，所述外设引线框包括阳极舌5和阴极舌6，所述阳极舌5与芯包雏形3阳极相连接，所述阴极舌6与芯包雏形3阴极相连接。
一种固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1、将化成箔冲切成带有若干个方形锯齿的长条形，形成第一铝箔；
S2、在所述第一铝箔的方形锯齿上涂覆绝缘胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
S3、将所述第二铝箔进行裁切，形成若干个第三铝箔；
S4、将所述第三铝箔弯折成带有弯折直径的U型结构，形成第四铝箔；
S5、将所述第四铝箔阴极区侧面电介质层进行再化成修复处理，形成第五铝箔；
S6、在所述第五铝箔的阴极区表面形成导电聚合物电解质层，形成第六铝箔；
S7、在所述第六铝箔阴极区表面被制导电碳浆，形成第七铝箔1；
S8、将N个所述第七铝箔1相互穿插交叠，组合成芯包骨架2；
S9、用导电银浆将所述芯包骨架2的阴极区部分的内部空间及外表面充分填充并固化，得到芯包雏形3；
S10、将所述芯包雏形3与外设引线框连接，得到电容器芯包4；
S11、对所述电容器芯包进行封装、老化及成型处理，得到固态铝电解电容器。
具体的，所述步骤S6中第六铝箔上的导电聚合物电解质层均由第一导电聚合物层和第二导电聚合物层组成，且第一导电聚合物层和第二导电聚合物层的制备方法分别为：化学聚合法和浸渍导电聚合物分散液法。
具体的，所述导电聚合物为聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物中的一种或几种。
具体的，所述步骤S9中导电银浆的填充并固化的方法为浸渍后烘干法，所述浸渍时间为60s-300s，烘干温度为80℃～150℃，烘干时间为10min～60min。
具体的，所述步骤S10中的外设引线框包括固定在金属框架上的阳极舌和阴极舌，所述阳极舌上设置有定位孔，所述阳极舌与芯包雏形阳极的连接方式为铆接，所述阴极舌与芯包雏形阴极的连接方式为粘合；
所述铆接的具体方法为：采用铜丝逐个穿过芯包雏形阳极部分彼此贯通的定位孔以及阳极舌上的定位孔，再弯折铜丝两端进行铆合；
所述粘合的具体方法为：在引线框阴极舌上涂布导电银胶，再将芯包雏形的阴极与之粘合并烘干固化。
请参照图1-9，本发明的实施例一为：
S1、将2.4VF铝箔冲切成带有若干个方形锯齿的长条形，且方形锯齿结构上设置有圆形定位孔11，形成第一铝箔；
S2、在所述第一铝箔上涂覆绝缘胶12，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔(如图1所示)，具体方法如下：
绝缘胶12涂覆在圆形定位孔11的下方，且绝缘胶12的下边缘与第一铝箔方形锯齿下边缘的距离为1mm；
S3、将所述第二铝箔进行裁切，形成若干个第三铝箔；每个所述第三铝箔包含两个相连的方形锯齿，且每个第三铝箔均呈轴对称结构(如图2所示)；
S4、将所述第三铝箔沿其的称轴位置弯折180度，形成带有弯折直径的U型结构，得到第四铝箔；所述第四铝箔的弯折直径有两种，且两种弯折直径分别为第一铝箔厚度的3倍和4.5倍；
S5、将所述第四铝箔阴极区侧面电介质层进行再化成修复处理，形成第五铝箔；
S6、在所述第五铝箔的阴极区表面形成聚噻吩电解质层，形成第六铝箔(如图3所示)，具体方法如下：
1)通过化学聚合法，制备第一聚噻吩层；
2)通过浸渍聚噻吩分散液的方法制备第二聚噻吩层。
S7、在所述第六铝箔阴极区表面被制导电碳浆，形成第七铝箔1(如图4、5所示，且图5中D为第七铝箔的弯折直径)；
S8、将三个所述第七铝箔1开口相对设置并相互穿插交叠，组合成芯包骨架2(如图6所示)，具体方法如下：
三个所述第七铝箔1开口相对设置并相互穿插交叠，其中第一个第七铝箔1和第三个第七铝箔1的折弯直径为第一铝箔厚度的3倍，第二个第七铝箔1的折弯直径为第一铝箔厚度的4.5倍；
S9、采用浸渍后烘干法，将所述芯包骨架2的阴极区部分的内部空间及外表面充分填充银浆并固化，得到芯包雏形3，具体方法如下：
1)将所述芯包骨架含浸于银浆中，浸渍时间为100s；
2)将浸渍后的芯包骨架2进行烘干处理，且烘干温度为120℃，烘干时间为40min；
S10、将所述芯包雏形3与外设引线框连接，得到电容器芯包4(如图7和图8所示)，所述外设引线框包括固定在金属框架上的阳极舌5和阴极舌6，所述阳极舌上设置有定位孔，所述芯包雏形3与外设引线框的具体连接方式为：
1)阳极舌5与芯包雏形3阳极的连接方式为铆接：采用铜丝7逐个穿过芯包雏形3阳极部分彼此贯通的定位孔以及阳极舌上的定位孔，再弯折铜丝两端进行铆合；
2)阴极舌6与芯包雏形3阴极的连接方式为粘合：在引线框阴极舌上涂布导电银胶，再将芯包雏形3的阴极与之粘合并烘干固化。
S11、对所述电容器芯包4进行封装、老化及成型处理，得到固态铝电解电容器。
对比例一：
S1、将2.4VF铝箔裁切成合适尺寸，形成第一铝箔；
S2、在第一铝箔上涂覆绝缘胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
S3、通过再化成工艺对第二铝箔阴极区侧面进行电介质层修复处理，得到第三铝箔；
S4、通过化学聚合法和电解聚合法，在第三铝箔阴极区表面形成导电聚合物电解质层，得到第四铝箔；
S5、在第四铝箔阴极区表面依次制备含碳阴极层、含银阴极层，形成单个电容器芯子；
S6、多个电容器芯子经过叠层粘接在引线框上，形成电容器芯包；
S7、对电容器芯包进行封装、老化及成型处理，得到固态铝电解电容器。
上述对比例和实施例制成2V/560μF产品，成型后测试电性能数据如表1所示：
表1实施例与对比例电性能表
对象 容量/μF 损耗/％ ESR/mΩ LC合格率
实施例一 526 0.9 4.5 90％
对比例一 523 1.0 4.7 65％
由上述实施例和对比例的电性能数据可以看出，与对比例相比，实施例一容量、损耗及ESR未有明显变化，但LC合格率显著提升。
本发明通过U型结构芯子设计及单片芯子之间相互穿插交叠的结构设计，使芯子之间彼此牵引和制约，同时芯包骨架阴极区整体含浸银浆，银浆固化后对芯子起到束缚包裹和缓冲保护的作用，避免机械外力冲击破坏芯子内部结构，提升电容器成品良率；同时，U型结构芯子，因裁切而裸露出的化成箔边缘更少，电容器成品漏电流(LC)合格率更高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种固态铝电解电容器，其特征在于：包括N个第七铝箔（1），N个所述第七铝箔（1）为带有弯折直径的U型结构，所述第七铝箔（1）一端设置有两组相互对称的方形锯齿，所述方形锯齿上开设有圆形定位孔（11），所述第七铝箔（1）方形锯齿上涂覆有绝缘胶（12），所述绝缘胶（12）上方为阳极区，所述绝缘胶（12）下方为阴极区，所述第七铝箔（1）阴极区表面从内到外依次设置有导电聚合物电解质层和导电碳浆层，N个所述第七铝箔（1）的开口相对设置且相互穿插交叠形成芯包骨架（2），且若干组第七铝箔（1）的阳极区均位于芯包骨架（2）的同一端，所述芯包骨架（2）阴极区内部空间及外表面填充有导电银浆且固化后形成芯包雏形（3），所述芯包雏形（3）的阴极区和阳极区分别连接有外设引线框，形成电容器芯包（4），所述电容器芯包（4）进行封装、老化及成型处理后得到固态铝电解电容器。
2.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器，其特征在于：所述绝缘胶（12）涂覆在圆形定位孔（11）的下方，且绝缘胶（12）的下边缘与第七铝箔（1）方形锯齿下边缘的距离为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器，其特征在于：所述第七铝箔（1）的弯折直径有两种，且两种弯折直径分别为第七铝箔（1）厚度的3倍和4.5倍。
4.根据权利要求3所述的一种固态铝电解电容器，其特征在于：N个所述第七铝箔（1）相互穿插交叠，其中第一个第七铝箔（1）和第N个第七铝箔（1）的折弯直径为第七铝箔（1）厚度的3倍，且第二个第七铝箔至第N-1个第七铝箔的折弯直径为第七铝箔（1）厚度的4.5倍。
5.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器，其特征在于：所述外设引线框包括阳极舌（5）和阴极舌（6），所述阳极舌（5）与芯包雏形（3）阳极相连接，所述阴极舌（6）与芯包雏形（3）阴极相连接。
6.一种权利要求1-5任意一项所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将化成箔冲切成带有若干个方形锯齿的长条形，形成第一铝箔；
S2、在所述第一铝箔的方形锯齿上涂覆绝缘胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
S3、将所述第二铝箔进行裁切，形成若干个第三铝箔；
S4、将所述第三铝箔弯折成带有弯折直径的U型结构，形成第四铝箔；
S5、将所述第四铝箔阴极区侧面电介质层进行再化成修复处理，形成第五铝箔；
S6、在所述第五铝箔的阴极区表面形成导电聚合物电解质层，形成第六铝箔；
S7、在所述第六铝箔阴极区表面被制导电碳浆，形成第七铝箔（1）；
S8、将N个所述第七铝箔（1）相互穿插交叠，组合成芯包骨架（2）；
S9、用导电银浆将所述芯包骨架（2）的阴极区部分的内部空间及外表面充分填充并固化，得到芯包雏形（3）；
S10、将所述芯包雏形（3）与外设引线框连接，得到电容器芯包（4）；
S11、对所述电容器芯包进行封装、老化及成型处理，得到固态铝电解电容器。
7.根据权利要求6所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中第六铝箔上的导电聚合物电解质层均由第一导电聚合物层和第二导电聚合物层组成，且第一导电聚合物层和第二导电聚合物层的制备方法分别为：化学聚合法和浸渍导电聚合物分散液法。
8.根据权利要求6所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述导电聚合物为聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物中的一种或几种。
9.根据权利要求6所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤S9中导电银浆的填充并固化的方法为浸渍后烘干法，所述浸渍时间为60s-300s，烘干温度为80℃~150℃，烘干时间为10 min ~60min。
10.根据权利要求6所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤S10中的外设引线框包括固定在金属框架上的阳极舌和阴极舌，所述阳极舌上设置有定位孔，所述阳极舌与芯包雏形阳极的连接方式为铆接，所述阴极舌与芯包雏形阴极的连接方式为粘合；
所述铆接的具体方法为：采用铜丝逐个穿过芯包雏形阳极部分彼此贯通的定位孔以及阳极舌上的定位孔，再弯折铜丝两端进行铆合；
所述粘合的具体方法为：在引线框阴极舌上涂布导电银胶，再将芯包雏形的阴极与之粘合并烘干固化。
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