CN112582179B - 一种电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电解电容器，包括电解液和浸润于电解液中的芯包；所述电解液闪火电压大于400V，所述电解液包括主溶剂和主溶质，所述主溶剂包括内酯类化合物，所述主溶质包括咪唑啉鎓阳离子和有机羧酸阴离子；所述有机羧酸阴离子含碳总数为8～26，其结构式如下所示：
其中，P为1～25个碳的主碳链，主碳链上含或不含不饱和键；R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、苯环、烃基苯环、硝基苯环、羧基或1～10个碳的直碳链或带支链的碳链，且R1、R2、R3、R4中一个或两个选自羧基；所述芯包包括阳极、阴极和电解纸，所述电解纸的紧度为0.30～0.75g/cm3，厚度为40～120um；所述电解电容器的工作电压为350～500V。本发明提供的电解电容器扩宽了工作温度范围，同时具有耐高压的特点。
Description
技术领域
本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种电解电容器。
背景技术
铝电解电容器发展至今，已形成成熟的产业链，其产品应用场所广泛，涉及到日常家电中的冰箱、空调、电视机、收音机等，以及工业领域中变电器、充电桩等。铝电容器应用受温度影响较显著，温度过高或者过低均会缩短其使用寿命。目前铝电容器市场的各厂家，为了提高产品在高温或低温环境下的使用寿命，都在积极寻找对策，从铝电容器用电解纸材料、组合方式，铝箔比容等方向改善，效果均不明显。
铝电解液对铝电容器的使用温度范围起着决定性的作用。在高压铝电解液领域，大部分产品采用乙二醇作为主溶剂，该体系铝电解液产品制作的电容器在高温情况下能部分满足要求，但是在低温场所往往因为容量衰减、阻抗比等参数的快速增大而使寿命急剧缩短。目前市场比较成熟的高压铝电容器产品使用温度范围基本在-40℃～105℃，在更严苛的环境下，该适用范围的高压铝电容器并不能满足某些使用场所的要求，这就对高压铝电解液的产品开发提出了更加高的要求。
乙二醇体系的高压液态铝电解液在低温情况下，粘度增大，离子迁移速度变慢，严重导致铝电解电容器容量衰减增大和阻抗比增大等参数上的失效；在高于105℃情况下，电解液又因裂解或汽化等原因，造成铝电解电容器参数失效、耐压不足或气爆等问题。
使用γ-丁内酯系的高压电解液制备的电解电容器低温性能优异，但存在其他电性能参数差、寿命不足的问题。
发明内容
针对γ-丁内酯系化合物作为主溶剂使用的电解液制备350～500V的高压电解电容器初始电性能参数差、寿命不足的问题，本发明提供了一种电解电容器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种电解电容器，包括电解液和浸润于电解液中的芯包；
所述电解液闪火电压大于400V，所述电解液包括主溶剂和主溶质，所述主溶剂包括内酯类化合物，所述主溶质包括咪唑啉鎓阳离子和有机羧酸阴离子；
所述有机羧酸阴离子含碳总数为8～26，其结构式如下所示：
其中，P为1～25个碳的主碳链，主碳链上含或不含不饱和键；R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、苯环、烃基苯环、硝基苯环、羧基或1～10个碳的直碳链或带支链的碳链，且R1、R2、R3、R4中一个或两个选自羧基；
所述芯包包括阳极、阴极和电解纸，所述电解纸位于所述阳极和所述阴极之间，所述电解纸的紧度为0.30～0.75g/cm3，厚度为40～120um；
所述电解电容器的工作电压为350～500V。
可选的，所述主溶剂包括γ-丁内酯和γ-戊内酯中的一种或多种。
可选的，所述咪唑啉鎓阳离子包括1-乙基-3-甲基咪唑啉、1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉、1,2,3,4-四甲基咪唑啉、1,2,3-三甲基咪唑啉、2-甲基咪唑啉、2-苯基咪唑啉、2-丙基-2-咪唑啉的中的一种或多种的季铵化阳离子。
可选的，所述电解液包括以下重量组分：
相对电解液总重量，主溶剂占65～93％、主溶质占2～10％。
可选的，所述电解液还包括以下重量组分：
相对电解液总重量，辅助溶剂占1～15％；
所述辅助溶剂包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、正辛醇、二乙二醇单丁醚、二甘醇甲醚、二甘醇二甲醚、环丁砜中的一种或多种。
相对电解液总重量，副溶质占2～10％；
所述副溶质包括癸二甲胺、二乙胺、三乙胺、壬二酸二已胺、壬二酸二甲胺、壬二酸三乙胺、癸二酸二乙胺、癸二酸三乙胺以及5～16个碳的有机羧酸铵盐中的一种或多种。
相对电解液总重量，防水合剂占0.1～0.3％；
所述防水合剂包括硼酸、次亚磷酸及其铵盐、磷酸及其铵盐、磷酸酯化物、亚磷酸及其铵盐、磷钨酸及其铵盐、磷钼酸及其铵盐、聚磷酸及其铵盐中的一种或多种。
相对电解液总重量，闪火提升剂占1～10％；
所述闪火提升剂包括甘露醇、聚乙烯醇硼酸酯、聚乙烯醇、聚丙三醇、聚丙烯醇、硅烷偶联剂、聚环氧丙烷醚、聚合脂肪酸及其铵盐、无机纳米二氧化硅、有机硅中一种或多种。
相对电解液总重量，消氢剂占0.2～1.0％；
所述消氢剂包括对硝基苯甲醇、间硝基乙酰苯、偏硝基乙酰苯、对硝基苯甲酸、对硝基苯酚、间硝基苯酚、邻硝基苯酚、对硝基苯乙酮、邻硝基苯甲醚中的一种或多种。
可选的，所述电解纸的紧度为0.45～0.60g/cm3。
可选的，所述电解纸的厚度为60～100um。
可选的，所述电解纸的材质包括剑麻、马尼拉麻、西班牙草和天丝纤维中的一种或多种。
根据本发明提供的电解电容器，采用闪火电压大于400V，主溶剂包括内酯类化合物，主溶质包括咪唑啉鎓阳离子和有机羧酸阴离子的电解液，所述有机羧酸阴离子含碳总数为8～26，其结构式如下所示：
其中，P为1～25个碳的主碳链，主碳链上含或不含不饱和键；R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、苯环、烃基苯环、硝基苯环、羧基或1～10个碳的直碳链或带支链的碳链，且R1、R2、R3、R4中一个或两个选自羧基；
搭配紧度为0.30～0.75g/cm3，厚度为40～120um的电解纸制备的电解电容器；工作电压高、寿命长、初始电性能参数优异，且能满足极限低温环境下的使用。
具体的，本发明提供的电解电容器工作电压可达到350～500V，且能够在-55℃～125℃温度下工作。低温-55℃、4H实验条件下容量衰减在10％以内，阻抗比小于2；同时高温125℃寿命实验2000H后，各参数均在正常合格范围内。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种电解电容器，包括电解液和浸润于电解液中的芯包；
所述电解液闪火电压大于400V，所述电解液包括主溶剂和主溶质，所述主溶剂包括内酯类化合物，所述主溶质包括咪唑啉鎓阳离子和有机羧酸阴离子；
所述有机羧酸阴离子含碳总数为8～26，其结构式如下所示：
其中，P为1～25个碳的主碳链，主碳链上含或不含不饱和键；R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、苯环、烃基苯环、硝基苯环、羧基或1～10个碳的直碳链或带支链的碳链，且R1、R2、R3、R4中一个或两个选自羧基；
所述芯包包括阳极、阴极和电解纸，所述电解纸位于所述阳极和所述阴极之间，所述电解纸的紧度为0.30～0.75g/cm3，厚度为40～120um；所述电解电容器的工作电压为350～500V。
本发明提供的电解电容器工作电压高、寿命长、初始电性能参数优异，且能满足极限低温环境下的使用。
所述有机羧酸阴离子含碳总数为8～26，发明人通过大量实验发现，采用含碳数为8～26的有机羧酸阴离子能够有效满足电解电容器在低温和高温下的使用；若所述有机羧酸阴离子的含碳数量低于上述范围，则容易引起电解液闪火电压偏低，导致电容器击穿失效；高于上述范围，则造成溶质不能完全溶解。
具体的，本发明提供的电解电容器工作电压可达到350～500V，且能够在-55℃～125℃温度下工作。低温-55℃、4H实验条件下容量衰减在10％以内，阻抗比小于2；同时高温125℃寿命实验2000H后，各参数均在正常合格范围内。
在一些实施例中，所述主溶剂包括γ-丁内酯和γ-戊内酯中的一种或多种。
在优选的实施例中，所述主溶剂选自γ-丁内酯。
在一些实施例中，所述咪唑啉鎓阳离子包括1-乙基-3-甲基咪唑啉、1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉、1,2,3,4-四甲基咪唑啉、1,2,3-三甲基咪唑啉、2-甲基咪唑啉、2-苯基咪唑啉、2-丙基-2-咪唑啉的中的一种或多种的季铵化阳离子。
在一些实施例中，所述电解液包括以下重量组分：
相对电解液总重量，主溶剂占65～93％、主溶质占2～10％。
在一些实施例中，所述电解液还包括以下重量组分：
相对电解液总重量，辅助溶剂占1～15％；
所述辅助溶剂包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、正辛醇、二乙二醇单丁醚、二甘醇甲醚、二甘醇二甲醚、环丁砜中的一种或多种。
所述辅助溶剂能够一定程度上提高电解液对溶质的溶解能力，从而提高电解液的离子电导率，需要说明的是，当所述辅助溶剂的含量过高时，在低温情况下会增大电解液的粘度，从而增大低温下电解电容器的容量衰减。
在一些实施例中，所述电解液还包括以下重量组分：
相对电解液总重量，副溶质占2～10％；
所述副溶质包括癸二甲胺、二乙胺、三乙胺、壬二酸二已胺、壬二酸二甲胺、壬二酸三乙胺、癸二酸二乙胺、癸二酸三乙胺以及5～16个碳的有机羧酸铵盐中的一种或多种。
所述5～16个碳的有机羧酸铵盐包括癸二酸铵、十二双酸铵、己二酸铵、苯甲酸铵。
所述副溶质用于提高所述电解液的离子电导率。
在一些实施例中，所述电解液还包括以下重量组分：
相对电解液总重量，防水合剂占0.1～0.3％；
所述防水合剂包括硼酸、次亚磷酸及其铵盐、磷酸及其铵盐、磷酸酯化物、亚磷酸及其铵盐、磷钨酸及其铵盐、磷钼酸及其铵盐、聚磷酸及其铵盐中的一种或多种。
所述防水合剂用于避免电解液中残留的水分子对电解电容器中电极的腐蚀。
在一些实施例中，所述电解液还包括以下重量组分：
相对电解液总重量，闪火提升剂1～10％；
所述闪火提升剂包括甘露醇、聚乙烯醇硼酸酯、聚乙烯醇、聚丙三醇、聚丙烯醇、硅烷偶联剂、聚环氧丙烷醚、聚合脂肪酸及其铵盐、无机纳米二氧化硅、有机硅中一种或多种。
所述聚乙烯醇的聚合度为300～3000，所述聚丙三醇的聚合度为300～3500，所述聚丙烯醇的聚合度为500～2500。
所述闪火提升剂用于提升电解液的闪火电压。
在一些实施例中，所述电解液还包括以下重量组分：
相对电解液总重量，消氢剂占0.2～1.0％；
所述消氢剂包括对硝基苯甲醇、间硝基乙酰苯、偏硝基乙酰苯、对硝基苯甲酸、对硝基苯酚、间硝基苯酚、邻硝基苯酚、对硝基苯乙酮、邻硝基苯甲醚中的一种或多种。
所述消氢剂用于减少电解液在应用于电解电容器时产生的气体，减少电容器凸底。
所述电解液的电导率为1.0～2.8ms/cm，闪火电压在400V以上。
在一些实施例中，所述电解纸的材质包括剑麻、马尼拉麻、西班牙草和天丝纤维中的一种或多种。
在一些实施例中，所述阳极和所述阴极均可采用常规的材料。例如，上述阳极材质通常为钽、铌、铝、钛、锆、铪、钒或者这些金属的合金或化合物中的至少一种。所述阴极采用金属材料。
在一具体实施例中，所述阳极采用铝，所述电解电容器为铝电解电容器。以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
表1
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的电解电容器及其制备方法，包括以下操作步骤：
采用如表1实施例1所示的组分配置电解液和电解纸，将铝阳极、阴极、电解纸和电解液组装得到铝电解电容器。
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的电解电容器及其制备方法，包括以下操作步骤：
采用如表1实施例2所示的组分配置电解液和电解纸，将铝阳极、阴极、电解纸和电解液组装得到铝电解电容器。
实施例3
本实施例用于说明本发明公开的电解电容器及其制备方法，包括以下操作步骤：
采用如表1实施例3所示的组分配置电解液和电解纸，将铝阳极、阴极、电解纸和电解液组装得到铝电解电容器。
实施例4
本实施例用于说明本发明公开的电解电容器及其制备方法，包括以下操作步骤：
采用如表1实施例4所示的组分配置电解液和电解纸，将铝阳极、阴极、电解纸和电解液组装得到铝电解电容器。
实施例5
本实施例用于说明本发明公开的电解电容器及其制备方法，包括以下操作步骤：
采用如表1实施例5所示的组分配置电解液和电解纸，将铝阳极、阴极、电解纸和电解液组装得到铝电解电容器。
对比例1
本对比例用于说明本发明公开的电解电容器及其制备方法，包括以下操作步骤：
采用如表1对比例1所示的组分配置电解液和电解纸，将铝阳极、阴极、电解纸和电解液组装得到铝电解电容器。
对比例2
本对比例用于说明本发明公开的电解电容器及其制备方法，包括以下操作步骤：
采用如表1对比例2所示的组分配置电解液和电解纸，将铝阳极、阴极、电解纸和电解液组装得到铝电解电容器。
性能测试
对上述实施例1～5和对比例1～2制备得到的电解液进行电导率和闪火电压的测试，得到的测试结果记入表1中。
由表1的测试结果可知，本发明提供的电解液具有较好的电导率，更为重要的是，其闪火电压较高，尤其适用于高压电解电容器的使用。
对上述实施例1～5和对比例1～2制备得到的400V 6.8μF 10*12.5规格尺寸铝电解电容器进行低温实验测试，得到的测试结果记入表2中。
表2
对上述实施例1～5和对比例1～2制备得到的400V 6.8μF 10*12.5规格尺寸铝电解电容器进行高温寿命实验测试，得到的测试结果记入表3中。
表3
结合表2和表3的测试结果可以看出，本发明提供的铝电解电容器在低温-55℃条件下，容量衰减在-10％～0之间，损耗角变化小，其余电容器参数仍在正常范围内；在高温125℃负荷条件下，2000H各寿命实验参数均正常，具有较好的高低温使用性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电解电容器，其特征在于，包括电解液和浸润于电解液中的芯包；
所述电解液闪火电压大于400V，所述电解液包括主溶剂和主溶质，所述主溶剂包括内酯类化合物，所述主溶质包括咪唑啉鎓阳离子和有机羧酸阴离子；
所述有机羧酸阴离子含碳总数为8～26，其结构式如下所示：
其中，P为1～25个碳的主碳链，主碳链上含或不含不饱和键；R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、苯环、烃基苯环、硝基苯环、羧基或1～10个碳的直碳链或带支链的碳链，且R1、R2、R3、R4中一个或两个选自羧基；
所述芯包包括阳极、阴极和电解纸，所述电解纸位于所述阳极和所述阴极之间，所述电解纸的材质包括剑麻、马尼拉麻、西班牙草和天丝纤维中的一种或多种，所述电解纸的紧度为0.30～0.75g/cm3，厚度为40～120um；
所述电解电容器的工作电压为350～500V。
2.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述主溶剂包括γ-丁内酯和γ-戊内酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述咪唑啉鎓阳离子包括1-乙基-3-甲基咪唑啉、1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉、1,2,3,4-四甲基咪唑啉、1,2,3-三甲基咪唑啉、2-甲基咪唑啉、2-苯基咪唑啉、2-丙基-2-咪唑啉的中的一种或多种的季铵化阳离子。
4.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述电解液各组分含量相对电解液总重量：
主溶剂占65～93％、主溶质占2～10％。
5.根据权利要求4所述的电解电容器，其特征在于，所述电解液还包括以下各组分：
相对电解液总重量，辅助溶剂占1～15％；
所述辅助溶剂包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、正辛醇、二乙二醇单丁醚、二甘醇甲醚、二甘醇二甲醚、环丁砜中的一种或多种；
相对电解液总重量，副溶质占2～10％；
所述副溶质包括癸二甲胺、二乙胺、三乙胺、壬二酸二已胺、壬二酸二甲胺、壬二酸三乙胺、癸二酸二乙胺、癸二酸三乙胺以及5～16个碳的有机羧酸铵盐中的一种或多种；
相对电解液总重量，防水合剂占0.1～0.3％；
所述防水合剂包括硼酸、次亚磷酸及其铵盐、磷酸及其铵盐、磷酸酯化物、亚磷酸及其铵盐、磷钨酸及其铵盐、磷钼酸及其铵盐、聚磷酸及其铵盐中的一种或多种；
相对电解液总重量，闪火提升剂占1～10％；
所述闪火提升剂包括甘露醇、聚乙烯醇硼酸酯、聚乙烯醇、聚丙三醇、聚丙烯醇、硅烷偶联剂、聚环氧丙烷醚、聚合脂肪酸及其铵盐、无机纳米二氧化硅、有机硅中一种或多种；
相对电解液总重量，消氢剂占0.2～1.0％；
所述消氢剂包括对硝基苯甲醇、间硝基乙酰苯、偏硝基乙酰苯、对硝基苯甲酸、对硝基苯酚、间硝基苯酚、邻硝基苯酚、对硝基苯乙酮、邻硝基苯甲醚中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述电解纸的紧度为0.45～0.60g/cm3。
7.根据权利要求1所述的电解电容器，其特征在于，所述电解纸的厚度为60～100um。
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| GR01 | Patent grant | ||
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