CN113889343B - 一种高能量固态铝电解电容器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，包括：将阳极铝箔、阴极铝箔和电解纸依需求裁切成指定宽度；将阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔及导针卷绕成芯子；将卷绕好的电容器芯子浸渍于处理液中进行切口处再处理；将切口已进行再处理的电容器芯子浸渍于包含导电聚合物的分散液中，之后用压力气体对电容器芯子进行吹气处理；将覆盖有导电聚合物的电容器芯子浸渍于纯化液中进行纯化处理；将纯化后的电容器芯子浸渍于修复液中进行缺陷修复；将修复完成的电容器芯子进行组立制备成高能量固态铝电解电容器；对高能量固态铝电解电容器进行加电老化。本发明的制备方法，可以有效提高高能量固态铝电解电容器的耐电压、耐高温等性能。
Description
技术领域
本发明属于铝电解电容器技术领域，具体涉及一种用于高能量固态铝电解电容器的制备方法。
背景技术
铝电解电容器凭借其优异的性能、低廉的价格，占据了电容器30％以上的市场份额，其在电路中起着滤波、储能、降噪、耦合等作用。从短期来看，铝电解电容器不存在被完全替代的可能，未来将继续在汽车电子、通讯领域、物联网、人工智能、安防监控、消费电子、新能源及国防军工等领域发挥重要作用。
铝电解电容器根据电解质的状态可以分为液态铝电解电容器、高能量固态铝电解电容器以及混合型铝电解电容器。液态铝电解电容器内部采用电解液，在极限工作条件下，其防爆阀容易打开，电解液喷出，从而造成电路板损坏和人员安全事故。高能量固态铝电解电容器采用电导率较传统电解液高近万倍的导电聚合物替代电解液作为电解质，可以大幅降低电容器的等效串联电阻，改善高温和低温条件下的特性，提高电容器抗振动性能且具有高安全，但是其电容器的耐电压能力有所下降。混合型铝电解电容器则兼具液态电容器和固态电容器的优点，近年来被广泛研究，但是其高温使用寿命、耐高低温特性、容量保持率及耐纹波电流特性则较固态电容器有所下降。
因此，如何进一步提升高能量固态铝电解电容器和混合型铝电解电容器的耐电压能力、提升容量引出率以及进一步降低等效串联电阻，如何解决耐高低温特性、耐高温特性以及耐纹波电流特性不足问题，已成为一个急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高能量固态铝电解电容器的制备方法，以解决上述背景技术中所述的问题。
为实现以上发明目的，本发明提供一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，按照以下步骤实现的：
S1:将阳极铝箔、阴极铝箔和电解纸依需求裁切成指定宽度；
S2：将阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔及导针卷绕成电容器芯子；将卷绕好的电容器芯子浸渍于处理液中进行切口处再处理；
S3：将切口已进行再处理的电容器芯子浸渍于包含导电聚合物的分散液中，之后用压力气体对电容器芯子进行吹气处理；
S4：将覆盖有导电聚合物的电容器芯子浸渍于纯化液中进行纯化处理；
S5：将纯化后的电容器芯子浸渍于修复液中进行缺陷修复；
S6：将修复完成的电容器芯子进行组立制备成高能量固态铝电解电容器；
S7：对高能量固态铝电解电容器进行加电老化。
进一步地，所述步骤S1阳极铝箔、阴极铝箔裁切完成后，将水平玻璃块垂直压于每卷两侧铝箔切口处；水平玻璃块垂直压于每卷铝箔两侧切口处的压力为1kg/cm2～15kg/cm2，优选的为5kg/cm2～10kg/cm2；所述再用压力气体对铝箔两侧切口处进行吹气处理，压力气体吹气压力为1kg/cm2～15kg/cm2，优选的为5kg/cm2～10kg/cm2。
进一步地，所述步骤S2中处理液至少包含磷酸或磷酸盐，溶液的溶剂至少包含水，优选地处理液为至少包含磷酸或磷酸盐的水溶液，可以添加其他添加剂和有机溶剂。
进一步地，所述步骤S3中分散液中的导电聚合物选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺及其它们的衍生物中的至少一种，优选地为3,4-乙烯二氧噻吩；所述分散液中还含有掺杂剂，所述掺杂剂选自聚苯乙烯磺酸和聚苯乙烯磺酸盐中的至少一种。在电容器芯子浸渍导电聚合物分散液之后用压力气体对电容器芯子进行吹气处理，压力气体对电容器芯子进行吹气处理时的压力为1kg/cm2～15kg/cm2，优选地为5kg/cm2～10kg/cm2；吹气时间为0.5s～10s，优选地为1s～5s；优选地吹气方向为沿着电容器芯子轴向方向。
进一步地，所述步骤S4中纯化液至少包含磺酸盐和乙醇，优选地为包含磺酸盐的乙醇溶液，可以添加其他添加剂、水或其他有机溶剂。
进一步地，所述步骤S5中修复液至少包含磺酸盐、次亚磷酸铵、含氟磺酸盐和水，优选地为包含磺酸盐、次亚磷酸铵、含氟磺酸盐的水溶液，可以添加其他添加剂或其他有机溶剂。
进一步地，所述S6中组立完成后须进行外壳清洗，去除外壳表面杂质。
进一步地，所述步骤S7中老化温度为75℃～130℃，优选地为95℃～125℃；所述老化时间为1h～48h，优选地为6h～24h。
本发明的优点是通过采用一种新的高能量固态铝电解电容器的制备方法，不仅可以有效提高高能量固态铝电解电容器的耐电压，而且还可以降低产品的漏电流、等效串联电阻，提高产品初始容量、高温特性以及耐纹波电流特性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。
实施例一
步骤S1:将阳极铝箔、阴极铝箔和电解纸依需求裁切成指定宽度的小卷，裁切完成后，将水平玻璃块垂直压于每卷铝箔两侧切口处，压力为8kg/cm2；再用高压空气发生器对铝箔两侧的切口处进行吹气处理，吹气气压为8kg/cm2，吹气时间为5S。
步骤S2：将阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔及导针卷绕成电容器芯子；将卷绕好的电容器芯子浸渍于处理液中进行切口处再处理，处理液为磷酸和磷酸铵的水溶液。
步骤S3：将切口已进行再处理的电容器芯子浸渍于包含10wt％的3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸的分散液中5min，提起，用高压空气发生器对电容器芯子进行吹气处理，吹气气压为8kg/cm2，吹气时间为5S。
步骤S4：将覆盖有导电聚合物的电容器芯子浸渍于1wt％的聚苯乙烯磺酸乙醇溶液中进行纯化处理。
步骤S5：将纯化后的电容器芯子浸渍于包含磺酸盐、次亚磷酸铵、含氟烷基磺酸盐的水溶液中进行缺陷修复。
步骤S6：将修复完成的电容器芯子进行组立制备200V/15μF高能量固态铝电解电容器；再对电容器外壳进行清洗，去除外壳表面的杂质。
步骤S7：将电容器置于95℃烘箱中加电老化24h。
实施例二
步骤S1：将铝箔裁切成规定尺寸的小卷，裁切完成后，将水平玻璃块垂直压于每卷铝箔切口处，压力为1kg/cm2；每小卷的左右两侧铝箔切口处都进行该操作后用高压空气发生器对铝箔两侧的切口处进行吹气处理，吹气压力为1kg/cm2，吹气时间为10S。
步骤S2：同实施例一
步骤S3：将切口已进行再处理的电容器芯子浸渍含有导电聚合物的分散液，之后用高压空气发生器对电容器芯子进行吹气处理，压力为1kg/cm2，吹气时间为10S。导电聚合物选自聚吡咯。
步骤S4：同实施例一。
步骤S5：同实施例一。
步骤S6：同实施例一。
步骤S7：将电容器进行老化；老化温度选自75℃，老化时间选自48h。
上述步骤完成后，可制备得到200V/15μF高压固态铝电容器。
实施例三
一种固态电解电容器的制备方法，包括：
步骤S1:将铝箔裁切成规定尺寸的小卷，裁切完成后，将水平玻璃块垂直
压于每卷铝箔切口处，压力为10kg/cm2；每小卷的左右两侧铝箔切口处都进行该操作后用高压空气发生器对铝箔两侧的切口处进行吹气处理，吹气压力为10kg/cm2，吹气时间为0.5S。
步骤S2：同实施例一
步骤S3：将切口已进行再处理的电容器芯子浸渍含有导电聚合物的分散液，之后用高压空气发生器对电容器芯子进行吹气处理，压力为10kg/cm2，吹气时间为0.5S。导电聚合物选自聚苯胺。
步骤S4：同实施例一。
步骤S5：同实施例一。
步骤S6：同实施例一。
步骤S7：将电容器进行老化；老化温度选自130℃，老化时间选自1h。
上述步骤完成后，可制备得到200V/15μF高压固态铝电容器。
实施例四
一种固态电解电容器的制备方法，除步骤S3中导电聚合物选自聚噻吩/聚苯乙烯磺酸分散液外，其余同实施例一。
实施例五
一种固态电解电容器的制备方法，除步骤S3中导电聚合物选自聚噻吩/聚苯乙烯磺酸钠分散液外，其余同实施例一。
对比例
步骤S1:将阳极铝箔、阴极铝箔和电解纸依需求裁切成指定宽度的小卷。
步骤S2：将阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔及导针卷绕成电容器芯子；将卷绕好的电容器芯子浸渍于处理液中进行切口处再处理，处理液为磷酸和磷酸铵的水溶液。
步骤S3：将切口已进行再处理的电容器芯子浸渍于包含10wt％的3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸的分散液中5min，提起。
步骤S4：将覆盖有导电聚合物的电容器芯子浸渍于1wt％的聚苯乙烯磺酸乙醇溶液中进行纯化处理。
步骤S5：将纯化后的电容器芯子浸渍于包含磺酸盐、次亚磷酸铵、含氟烷基磺酸盐的水溶液中进行缺陷修复。
步骤S6：将修复完成的电容器芯子进行组立制备200V/15μF高能量固态铝电解电容器；再对电容器外壳进行清洗，去除外壳表面的杂质。
步骤S7：将电容器置于95℃烘箱中加电老化24h，制备传统的高能量固态铝电解电容器。
电容器的测试
按照国标GB/T6346.25-2018、GB/T 6346.2501-2018测试电容器的容量、漏电流、耐电压、耐纹波电流、耐105℃高温。以数字电桥LCR在120Hz频率下测试电容量和105℃容量保持率；以漏电流测试仪测试漏电流和耐电压；耐纹波电流是通过施加纹波电流来测试电容器温升；耐105℃高温是电容器在105℃温度环境、施加额定电压进行考核。
实施例一～五和对比例制备的高能量固态铝电解电容器的性能如表1所示：
表1实施例一～五和对比例电容器的性能
从表1可以明显看出，实施例一～五方法制备的高能量固态铝电解电容器的耐电压、漏电流、初始容量、耐105℃高温时间、105℃容量保持率、耐纹波电流均明显优于对比例。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明通过采用一种新的高能量铝固态电解电容器的制备方法，不仅可以有效提高高能量固态铝电解电容器的耐电压能力，而且还可以降低产品漏电流、提高产品初始容量、降低产品等效串联电阻、提高耐高温特性、提高高温下容量保持率以及耐纹波电流特性等优点。
显然，上述的实施例仅仅是为了更清楚地描述所作的举例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以举例。由此所引申出来的显而易见的变化或变动，仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1:将阳极铝箔、阴极铝箔和电解纸依需求裁切成指定宽度；
S2：将阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔及导针卷绕成芯子；将卷绕好的电容器芯子浸渍于处理液中进行切口处再处理；
S3：将切口已进行再处理的电容器芯子浸渍于包含导电聚合物的分散液中，之后用压力气体对电容器芯子进行吹气处理；
S4：将覆盖有导电聚合物的电容器芯子浸渍于纯化液中进行纯化处理；
S5：将纯化后的电容器芯子浸渍于修复液中进行缺陷修复；
S6：将修复完成的电容器芯子进行组立制备成高能量固态铝电解电容器；
S7：对高能量固态铝电解电容器进行加电老化；
所述步骤S1阳极铝箔、阴极铝箔裁切完成后，将水平玻璃块垂直压于每卷铝箔切口处；水平玻璃块垂直压于每卷铝箔切口处的压力为1kg/cm2～15kg/cm2；再用压力气体对铝箔切口处进行吹气处理；所述压力气体吹气压力为1kg/cm2～15kg/cm2；
所述步骤S3中压力气体对电容器芯子进行吹气处理时的压力为1kg/cm2～15kg/cm2；所述吹气时间为0.5s～10s；
所述步骤S3中压力气体吹气方向为沿着电容器芯子轴向方向；
所述步骤S4中纯化液至少包含磺酸盐和乙醇；
所述步骤S5中修复液至少包含磺酸盐、次亚磷酸铵、含氟磺酸盐和水。
2.根据权利要求1所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1水平玻璃块垂直压于每卷铝箔切口处的压力为5kg/cm2～10kg/cm2；
所述步骤S1压力气体吹气压力为5kg/cm2～10kg/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中处理液至少包含磷酸或磷酸盐，溶液的溶剂至少包含水。
4.根据权利要求1所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中分散液中的导电聚合物选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺及其它们的衍生物中的至少一种；
所述分散液中还含有掺杂剂，所述掺杂剂选自聚苯乙烯磺酸和聚苯乙烯磺酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中分散液中的导电聚合物选自3,4-乙烯二氧噻吩。
6.根据权利要求1所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中压力气体对电容器芯子进行吹气处理时的压力为5kg/cm2～10kg/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中压力气体对电容器芯子进行吹气处理时的吹气时间为1s～5s。
8.根据权利要求1所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中组立完成后进行外壳清洗，清洗液为水。
9.根据权利要求1所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中老化温度为75℃～130℃；
所述老化时间为1h～48h。
10.根据权利要求9所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中老化温度为95℃～125℃。
11.根据权利要求9所述的一种高能量固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中所述老化时间为6h～24h。
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