CN112802688A - 一种耐高温、高纹波电流的铝电解电容器及其电解液 - Google Patents

一种耐高温、高纹波电流的铝电解电容器及其电解液 Download PDF

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Abstract

一种耐高温、高纹波电流的铝电解电容器及其电解液,本发明的技术方案为：一种耐高温波电流的铝电解电容器，所用的铝壳外侧包覆有PET胶管；所述的铝壳内设有通过电解纸隔离的正极铝箔和负极铝箔重叠卷绕而成的芯组；所述的芯组负极引出条上方通过冷焊方式铆接了2～3层导热铝箔；所述芯子浸渍的电解液主溶质为支链羧酸铵盐，并添加椰油酸二乙醇酰胺作为耐高温助剂。本发明的有益效果：本产品通过对产品的结构、所用电解液进行研发设计、改进，产品耐纹波电流能力和耐高温特性有显著提升，与国内外同行产品相比，该产品性能稳定，ESR更低，耐纹波能力比普通品可提升至1.5～2倍，在国内处于领先水平，具有明显的竞争优势。

Description

一种耐高温、高纹波电流的铝电解电容器及其电解液
技术领域
本发明申请提供一种耐高温、高纹波电流的铝电解电容器及其电解液的制备方法，具体涉及铝电解电容器技术领域。
背景技术
铝电解电容器在电子线路中主要起滤波作用，其原理是通过电容的充放电特性，将整流后的脉动电流过滤为更加平滑的直流电流。因电容内部存在阻抗，所以电容在滤波过程中自身会因发热,其发热功率为P＝I2R，其中I为纹波电流的有效值，R为电容的等效串联电阻。耐纹波电流能力是衡量铝电解电容器的一项重要指标，使用时不允许超过纹波电流。实际上电源客户在设计时因尺寸、成本、功率等因素考虑，往往需要电容能够达到阻抗更低，耐受更大纹波电流的指标。尤其是5G网络的快速建设，需要基站电源能够在恶劣环境下正常运行，免空调(自然散热)基站已成为必然，而5G基站的小型化和高功率密度也提升到了新高度。作为基站电源关键元器件的铝电解电容器就需要具备耐高温、高纹波电流的能力。
铝电解电容器在高纹波电流下工作，容易因温升过高而导致寿命缩短、内部产气鼓底,甚至纹波电流会回馈至较薄弱的负极而导致负极导针的铝舌打火。普通铝电解电容在承受较高的纹波电流时，因频繁的纹波冲击作用于电极，使电极发热，很容易造成电容产气鼓底，严重时甚至开阀失效。通常改善耐纹波电流不足的方法是采用降低电解纸的密度或厚度以降低电容器阻抗，但此种方法的弊端是耐电压不足，容易在使用中发生打火、爆炸等不良。
发明内容
本发明目的是提供一种铝电解电容器，其具备耐高温、耐高纹波电流、耐压高且不易产气鼓底的特点。
本发明的技术方案为：一种耐高温波电流的铝电解电容器，包括正极铝箔、负极铝箔、电解纸、导热铝箔、正极引出条、负极引出条、电解液、盖板、铝壳和胶管：所述的正极引出条、负极引出条的铝舌分别铆接在正极铝箔、负极铝箔表面，并在负极引出条位置通过冷铆工艺铆接2～3层导热铝箔，所述的电解纸隔离正极铝箔、负极铝箔，并将之卷绕形成电容器芯子，所述芯子使用电解液浸渍，然后与盖板、铝壳装配密封并套上PET胶管。
进一步的，所述的电容器包括铝壳，所述的铝壳外侧面包覆有PET胶管；所述的铝壳内设有通过电解纸隔离的正极铝箔和负极铝箔，所述的正极铝箔通过一根正极引出条引出正极电极，所述的负极铝箔通过一根负极引出条引出负极电极；所述的电解纸将隔离的正极铝箔和负极铝箔重叠卷绕形成电容器芯子。
进一步的，所述的负极铝箔采用高纯加压负箔，铝纯度≥99.4％，化成电压7V，可有效降低大纹波电流对负极箔的冲击而产生负极容量衰减；
进一步的，所述的负极引出条采用化成处理，化成电压≥50V，可有效防止因大纹波电流冲击而引发负极引出条打火；
进一步的，所述的导热铝箔，铝纯度≥99.7％，厚度为10～40um，长度以盖住引出条，宽度以延伸出芯子底部0.5～1mm为宜。电容芯子组装进铝壳后，所述的导热铝箔被芯子挤压后与铝壳底部接触，通过金属接触将负极铆接位置的热量传导至铝壳表面，从而有效降低电容内部温升。
进一步的，所述的电解纸采用WCD系列复合电解纸，其密度为0.5～0.8g/cm3，厚度40～70um。
本发明的另一目的，在于提供一种耐大纹波电流铝电解电容器用工作电解液，工作电压400～450V，其特征在电导率高，耐高温；其配比组成为：溶剂：50wt％～85wt％；主溶质:10wt％～25wt％；辅助溶质：2wt％～7wt％；闪火电压提升剂：2wt％～10wt％；消氢剂：0.2wt％～3wt％；防水合剂：0.2wt％～3wt％；耐高温助剂2～6％。
所述的溶剂为乙二醇、二甘醇、聚乙二醇400#中的一种或多种；
所述的主溶质为1，6十二双酸铵、1，7癸二酸铵、2-己基己二酸铵中的至少两种；
所述的辅助溶质为癸二酸、壬二酸、苯甲酸、十二双酸及其铵盐；
所述闪火电压提高剂为聚合度100～2000的聚乙烯醇、聚合度400～6000的聚乙二醇、有机硅石溶液中的一种或任意两种重量比的混合物；
所述的消氢剂为含对硝基苯甲酸铵、对硝基苯甲醇、邻硝基苯甲醚中的至少两种。
所述的防水合剂为次亚磷酸铵和磷酸单丁酯。
所述的耐高温助剂为椰油酸二乙醇酰胺。
所述的电解液30℃电导率为2.0～2.5mS/cm,闪火电压≥490V，在行业内处于领先水平。
有益效果：本产品通过对产品的结构、所用电解液进行研发设计、改进，产品耐纹波电流能力和耐高温特性有显著提升，与国内外同行产品相比，该产品性能稳定，ESR更低，耐纹波能力可提升至1.5～2倍，寿命可达到130℃3000小时，在国内处于领先水平，具有明显的竞争优势。
电解液通过采用多种支链羧酸盐配合使用，并辅以直链铵盐提高其电导率从而降低电容阻抗，减少电容耐受纹波电流冲击时的发热；采用有机硅石溶剂作为闪火电压提升剂，可有效提升闪火电压，对电导率的不良影响较低；同时辅以多种硝基苯类消氢剂，可减少电容在高温工作时内部产气，有效延长其使用寿命。特别地，添加了椰油酸二乙醇酰胺作为耐高温助剂，可以有效抑制长碳链溶质在高温下发生的酯化、酰胺化劣化反应，保持在高温下电解液能长期稳定工作。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的芯子结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，耐高纹波电流的铝电解电容器，包括PET胶管(1)，铝壳(2)以及设置于铝壳内的正极铝箔(6)、负极铝箔(7)、正极引出条(3)、负极引出条(4)、电解纸(8)、盖板(5)和导热铝箔(9)；所述正极引出条(3)、负极引出条(4)通过冷铆分别与正极铝箔(6)、负极铝箔(7)连接，并使用电解纸(8)将其隔离后重叠卷绕形成电容器芯子，使用电解液浸渍芯子；所述负极引出条(4)的铆接部位通过冷铆工艺铆接2～3层导热铝箔(9)，所述的导热铝箔(9)长度需盖住铆接部分，宽度延伸出芯子下边缘0.5～1mm。
电解液的实施例：
实施例1
一种铝电解电容器用工作电解液，其配比组成为：1，7癸二酸铵10wt％，2-己基己二酸铵15wt％,癸二酸3％，椰油酸二乙醇酰胺2％，乙二醇53.5％，二甘醇5％，有机硅石溶剂10％，对硝基苯甲醇0.3％，对硝基苯甲酸铵0.2％，磷酸单丁酯1％。
实施例2
一种铝电解电容器用工作电解液，其配比组成为：1，7癸二酸铵15wt％，1，6十二双酸铵10wt％,癸二酸4％，椰油酸二乙醇酰胺3％，乙二醇59％，聚乙二醇400#2％，有机硅石溶剂5％，聚乙烯醇1％，对硝基苯甲酸铵0.3％，邻硝基苯甲醚0.5％，次亚磷酸铵0.2％。
实施例3
一种铝电解电容器用工作电解液，其配比组成为：1，6十二双酸铵15wt％,2-己基己二酸铵10wt％,癸二酸4％，椰油酸二乙醇酰胺3％，乙二醇59％，聚乙二醇400#1％，有机硅石溶剂6％，聚乙烯醇1％，对硝基苯甲酸铵0.3％，邻硝基苯甲醚0.5％，次亚磷酸铵0.2％。
实施例4
一种铝电解电容器用工作电解液，其配比组成为：1，6十二双酸铵15wt％,2-己基己二酸铵10wt％,1，7癸二酸铵5wt％，十二双酸铵2％，椰油酸二乙醇酰胺5％，乙二醇55％，聚乙二醇1000#1％，有机硅石溶剂5％，聚乙烯醇1％，对硝基苯甲酸铵0.3％，邻硝基苯甲醚0.5％，次亚磷酸铵0.2％。
比较例1
一种铝电解电容器用工作电解液，其配比组成为：癸二酸铵5wt％,十二双酸铵2wt％,壬二酸铵3％，乙二醇81％，聚乙二醇1000#3％，有机硅石溶剂5％，对硝基苯甲酸铵0.7％，次亚磷酸铵0.3％。
比较例2
一种铝电解电容器用工作电解液，其配比组成为：癸二双酸铵4wt％,十二双酸铵1.5wt％,异癸二酸铵10wt％，甘露醇2％，乙二醇79.5％，聚乙烯醇2％，对硝基苯甲醇0.5％，次亚磷酸铵0.5％。
将400V220μFφ30*35(正极铝箔耐压660VF)铝电解液电容器浸渍上述电解液制成产品，分别标记为实施例1～4和比较例1～2。在铝壳底部开孔放入感温线，将实施例和比较例产品放入130℃恒温箱中作耐极限纹波电流测试，得到
结果如下表一：
表一
Figure BDA0002887942030000041
从表中可以看出，实施例产品耐极限纹波电流与比较例相比，约为比较例的1.3～1.5倍。
将上述产品投入130℃3000小时负荷寿命测试，纹波电流施加1.3A/只，结果如下表二：
表二
Figure BDA0002887942030000042
Figure BDA0002887942030000051
结合表一和表二的测试结果可以看出，本发明提供的铝电解电容器在130℃高温、高纹波负荷3000小时后各参数仍呈正常水平，损耗变化率小，证明具有较好的耐受高纹波性能。
上述实施例仅为清楚说明本发明，而非为本发明实施方式的限定。对于所述行业的技术人员来说，在上述说明的基础上可以做出其它不同形式的变动，这里无需也无法对所有实施方式进行列举。而这些属于本发明的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种耐高温、高纹波电流的铝电解电容器，其特征在于：所述的电容器包括铝壳，所述的铝壳外侧面包覆有PET胶管；所述的铝壳内设有通过电解纸隔离的正极铝箔和负极铝箔，所述的正极铝箔通过一根正极引出条引出正极电极，所述的负极铝箔通过一根负极引出条引出负极电极；所述的电解纸将隔离的正极铝箔和负极铝箔重叠卷绕形成电容器芯子。
2.根据权利要求1所述的一种耐高纹波电流的铝电解电容器，其特征在于：所述的正极引出条、负极引出条分别通过冷铆与正极铝箔、负极铝箔连接，所述负极引出条的铆接部位通过冷铆工艺铆接2～3层导热铝箔，且所述的导热铝箔长度需盖住铆接部分，宽度延伸出芯子下边缘0.5～1mm。
3.根据权利要求2所述的一种耐高纹波电流的铝电解电容器，其特征在于：所述的导热铝箔，铝纯度≥99.7％，厚度为10～40um。
4.根据权利要求1所述的一种耐高纹波电流的铝电解电容器，其特征在于：所述的负极铝箔采用高纯加压负箔，其中铝纯度≥99.4％，化成电压3～5V。
5.根据权利要求1所述的一种耐高纹波电流的铝电解电容器，其特征在于：所述的负极引出条采用化成处理，化成电压≥50V。
6.一种用于权利要求1-5任一权利要求所述的耐高纹波电流铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，所述的电解液配比组成为：溶剂：50wt％～85wt％；主溶质:10wt％～25wt％；辅助溶质：2wt％～7wt％；闪火电压提升剂：2wt％～10wt％；消氢剂0.2wt％～3wt％；防水合剂：0.2wt％～3wt％；耐高温助剂：2～6％。
所述主溶质为主溶质为1，6十二双酸铵、1，7癸二酸铵、2-己基己二酸铵中的至少两种；所述辅助溶质为癸二酸、壬二酸、苯甲酸、十二双酸及其铵盐；所述溶剂为乙二醇、二甘醇、聚乙二醇400中的一种或多种；所述闪火电压提高剂为聚合度100～2000的聚乙烯醇、聚合度400～6000的聚乙二醇、有机硅石溶液中的一种或任意两种重量比的混合物；所述的消氢剂为含对硝基苯甲酸铵、对硝基苯甲醇、邻硝基苯甲醚中的至少两种；所述的防水合剂为次亚磷酸铵和磷酸单丁酯；特别地，耐高温助剂为椰油酸二乙醇酰胺。
7.根据权利要求6所述的一种铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，所述的电解液配比组成为：1，7癸二酸铵10wt％，2-己基己二酸铵15wt％,癸二酸3％，椰油酸二乙醇酰胺2％，乙二醇53.5％，二甘醇5％，有机硅石溶剂10％，对硝基苯甲醇0.3％，对硝基苯甲酸铵0.2％，磷酸单丁酯1％。
8.根据权利要求6所述的一种铝电解电容器的工作电解液，其特征在于，所述的电解液配比组成为配比组成为：1，7癸二酸铵15wt％，1，6十二双酸铵10wt％,癸二酸4％，椰油酸二乙醇酰胺3％，乙二醇59％，聚乙二醇400#2％，有机硅石溶剂5％，聚乙烯醇1％，对硝基苯甲酸铵0.3％，邻硝基苯甲醚0.5％，次亚磷酸铵0.2％。
9.根据权利要求6所述的一种铝电解电容器的工作电解液，其特征在于：所述的电解液配比组成为：1，6十二双酸铵15wt％,2-己基己二酸铵10wt％,癸二酸4％，椰油酸二乙醇酰胺3％，乙二醇59％，聚乙二醇400#1％，有机硅石溶剂6％，聚乙烯醇1％，对硝基苯甲酸铵0.3％，邻硝基苯甲醚0.5％，次亚磷酸铵0.2％。
10.根据权利要求6所述的一种铝电解电容器的工作电解液，其特征在于：所述的电解液配比组成为：1，6十二双酸铵15wt％,2-己基己二酸铵10wt％,1，7癸二酸铵5wt％，十二双酸铵2％，椰油酸二乙醇酰胺5％，乙二醇55％，聚乙二醇1000#1％，有机硅石溶剂5％，聚乙烯醇1％，对硝基苯甲酸铵0.3％，邻硝基苯甲醚0.5％，次亚磷酸铵0.2％。
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