CN114068189B - 一种片式铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片式铝电解电容器用电解液、电容器及其制备方法。电解液由以下组份按重量百分比组成：溶剂50‑68％、溶质20‑35％和添加剂8‑15％；其中，添加剂由以下组份按重量百分比组成：羧酸盐40‑50％、缓蚀剂25‑35％、磷酸二氢铵5.2‑15％、防水合剂2.5‑8.5％、次亚磷酸铵0.2‑1.2％、丁二酸酐0.1‑0.8％。本发明电解液可提供更高的电导率，在高温下物化特性比较稳定，降低整个产品的损耗值、ESR；减少产品工作时的发热，延长使用寿命，可经受高达200℃～250℃密封焊接温度，解决了自动焊锡产线上的耐热问题，提高产品寿命可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，尤其是涉及一种片式铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
随着整机厂家自动化技术和电子设备小型化的飞速发展和劳动力成本不断提升，传统引线型铝电解不能适应快速表面贴装的要求。而片式铝电解电容器能满足高速自动化贴装，减少劳动力成本，因此，片式化技术成为了促进铝电解电容技术发展的重要因素之一。
由于片式化技术有着较大的技术难度和较高的材料成本，在我国的应用并不广泛，目前，片式化铝电解电容器技术应用最广、研究最多的国家是日本，日本大部分电子公司如：NCC、RUBYCON等，都利用片式化技术作为自身产品的卖点，应用于高端领域。目前电子产品逐渐向高频方向发展，对低ESR、低损耗的电容器，要求越来越强，片式铝电解电容器不仅形状上要满足新型电子产品的需求，性能上也有较高要求。
现有片式铝电解电容器上，如中国发明专利公开了一种片式高压铝电解电容器用电解液，按质量百分比包括如下组分：主溶剂38.5％～77.2％；辅助溶剂10％～20％；溶质5％～25％；防腐剂2.5％～5％；高温稳定剂5％～10％；消氢剂0.2％～1％及防水合剂0.1％～0.5％。溶质选自质量百分数为20％的2-正己基己二酸铵的乙二醇溶液、异癸二酸铵、丁基辛二酸、2-正已基乙二酸铵、癸二酸铵、癸二酸、壬二酸氢铵、壬二酸铵及五硼酸铵中的至少一种；高温稳定剂选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇丁二酸脂及对氨基苯磺酸中的至少一种。虽然上述电解液一定程度上耐受回流焊的高温。但是在板卡上长时间使用中，过热导致电解液受热膨胀，导致电容失去作用甚至由于超过沸点导致膨胀爆裂。而且铝电解电容器的电解质为液态，铝电解电容器应用之后，芯包发热或环境温度较高将导致电解液挥发，长期高温导致电解液干涸失效。受高温极端条件的影响，铝电解电容器在浸透电解液的纸片两面放置金属片，这种电解液会在电容器寿命期间蒸发，从而改变其电气属性，如果电容器失效，其会出现剧烈的反应，电容器中形成压力，迫使它释放出易燃且腐蚀性气体。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种片式铝电解电容器及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种片式铝电解电容器用电解液，其由以下组份按重量百分比组成：溶剂50-68％、溶质20-35％和添加剂8-15％；其中，
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：乙二醇45-60％、乙二醇单苯醚15-30％、甲酰胺8-15％和Y-丁内酯3-10％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：乙二醇铵55-65％、甲酸铵25-35％、马来酸铵6.2-10％、二元羧酸铵盐0.8-1.2％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：羧酸盐40-50％、缓蚀剂25-35％、磷酸二氢铵5.2-15％、防水合剂2.5-8.5％、次亚磷酸铵0.2-1.2％、丁二酸酐0.1-0.8％。
在本发明中，由乙二醇为主溶剂，乙二醇单苯醚、甲酰胺、Y-丁内酯混合成溶剂，不仅可以修补氧化膜，而且可以阻止乙二醇的醇聚、聚酯等反应，调节PH值，同时也可以提高电导率，降低ESR值；选择乙二醇铵、甲酸铵作为溶质，并加入马来酸铵及二元羧酸铵盐，马来酸铵因其结构的特殊性，高温下物化特性比较稳定，工作温度范围可达-55℃～+105℃，马来酸铵与二元羧酸铵盐搭配，保证高低温特性，提供氧化效率和高温稳定性；添加剂选用羧酸盐、缓蚀剂、磷酸二氢铵和防水合剂。
添加剂中还要加入次亚磷酸铵，来防止阳极氧化膜发生水合反应，同时抑制水分子的侵入，对氧化膜有保护作用。又加入了丁二酸酐，提高了产品常温和高温容量保持率的同时，也可降低电容循环过程的阻抗。
所述防水合剂为磷酸酯化合物，选自磷酸辛酯、磷酸三辛酯、磷酸二丁酯的至少一种。
上述工作电解液应用在片式铝电解电容器中，可提供更高的电导率，在高温下物化特性比较稳定，工作温度范围可达-55℃～+105℃，降低整个产品的损耗值、ESR；减少产品工作时的发热，延长产品的使用寿命；具有在高温下长时间防水合的特点，可经受高达200℃～250℃密封焊接温度，解决了自动焊锡产线上的耐热问题，提高产品寿命可靠性。
一种片式铝电解电容器的制备方法，其包括以下步骤：
(1)芯包卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的芯包浸入上述的电解液中进行含浸处理；
(3)封口组立：将步骤(2)的芯包入壳和套胶塞，然后封口组立；
(4)老化步骤。
作为本发明提供的所述的片式铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述胶塞为耐高温封口橡胶和PPS树脂混合后成型制得。优选地，所述耐高温封口橡胶和PPS树脂按重量比(40-60)：(40-60)混合，如所述耐高温封口橡胶和PPS树脂重量比为40：60、50:50、60:40等等。更优选地，所述耐高温封口橡胶和PPS树脂重量比为50:50。
片式的发展要求铝电解电容器满足高温贴装环境，即使有隔热板的存在，内部电解液耐热性能，封口橡胶的热承受能力也是片式铝电解电容要解决的问题。本发明采用耐高温封口橡胶与PPS树脂混合后成型制得的胶塞，不仅提高产品耐回流焊性能，还解决了自动焊锡生产线上的耐热问题，提高寿命可靠性。
作为本发明提供的所述的片式铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述含浸处理为循环式抽真空、加压含浸。
作为本发明提供的所述的片式铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述加压压强控制在0.35～0.45Mpa，真空压强控制在-0.08～-0.09Mpa。
作为本发明提供的所述的片式铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述循环式抽真空、加压含浸为循环至少3次。
作为本发明提供的所述的片式铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，所述循环式抽真空、加压含浸为循环5次。
作为本发明提供的所述的片式铝电解电容器的制备方法的一种优选实施方式，含浸处理结束后控制在8～12min内封口组立完成。
含浸处理是生产铝电解电容器的关键工序，本发明采用含浸组立一体机，控制在8～12min内完成组立封口，如此电解液能快速均匀、彻底渗透到芯包的每个细微毛孔和空隙中，避免空气中的水及有害杂质，保证产品性能，提升生产效率。
一种片式铝电解电容器，其包括壳体、收容于所述壳体中的芯包及吸附于所述芯包中的电解液，所述电解液为上述的电解液。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的片式铝电解电容器用电解液，可提供更高的电导率，在高温下物化特性比较稳定，工作温度范围可达-55℃～+105℃，降低整个产品的损耗值、ESR；减少产品工作时的发热，延长产品的使用寿命；具有在高温下长时间防水合的特点，可经受高达200℃～250℃密封焊接温度，解决了自动焊锡产线上的耐热问题，提高产品寿命可靠性。
具体实施方式
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
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
一种片式铝电解电容器用电解液，其由以下组份按重量百分比组成：溶剂58％、溶质30％和添加剂12％；其中，
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：乙二醇55％、乙二醇单苯醚25％、甲酰胺12％和Y-丁内酯8％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：乙二醇铵60％、甲酸铵30％、马来酸铵8.8％、二元羧酸铵盐1.2％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：羧酸盐45％、缓蚀剂35％、磷酸二氢铵15％、防水合剂3％、次亚磷酸铵1.2％、丁二酸酐0.8％。
一种片式铝电解电容器的制备方法，其包括以下步骤：
(1)芯包卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的芯包浸入上述电解液中进行含浸处理；
(3)封口组立：将步骤(2)的芯包入壳和套胶塞，然后封口组立；所述胶塞为耐高温封口橡胶和PPS树脂混合后成型制得；
(4)老化步骤。
步骤(2)-(3)采用含浸组立一体机实现，其中所述含浸处理为循环式抽真空、加压含浸，所述加压压强控制在0.35～0.45Mpa，真空压强控制在-0.08～-0.09Mpa，所述循环式抽真空、加压含浸为循环5次。含浸处理结束后控制在10min内封口组立完成。
实施例2
一种片式铝电解电容器用电解液，其由以下组份按重量百分比组成：溶剂50％、溶质35％和添加剂15％；其中，
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：乙二醇60％、乙二醇单苯醚20％、甲酰胺10％和Y-丁内酯10％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：乙二醇铵55％、甲酸铵35％、马来酸铵9.2％、二元羧酸铵盐0.8％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：羧酸盐42％、缓蚀剂35％、磷酸二氢铵13.9％、防水合剂8％、次亚磷酸铵0.6％、丁二酸酐0.5％。
一种片式铝电解电容器的制备方法，其包括以下步骤：
(1)芯包卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的芯包浸入上述电解液中进行含浸处理；
(3)封口组立：将步骤(2)的芯包入壳和套胶塞，然后封口组立；所述胶塞为耐高温封口橡胶和PPS树脂混合后成型制得；
(4)老化步骤。
步骤(2)-(3)采用含浸组立一体机实现，其中所述含浸处理为循环式抽真空、加压含浸，所述加压压强控制在0.35～0.45Mpa，真空压强控制在-0.08～-0.09Mpa，所述循环式抽真空、加压含浸为循环3次。含浸处理结束后控制在8min内封口组立完成。
实施例3
一种片式铝电解电容器用电解液，其由以下组份按重量百分比组成：溶剂68％、溶质24％和添加剂8％；其中，
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：乙二醇45％、乙二醇单苯醚30％、甲酰胺15％和Y-丁内酯10％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：乙二醇铵65％、甲酸铵30％、马来酸铵9％、二元羧酸铵盐1％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：羧酸盐50％、缓蚀剂30％、磷酸二氢铵11.2％、防水合剂8.5％、次亚磷酸铵0.2％、丁二酸酐0.1％。
一种片式铝电解电容器的制备方法，其包括以下步骤：
(1)芯包卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的芯包浸入上述电解液中进行含浸处理；
(3)封口组立：将步骤(2)的芯包入壳和套胶塞，然后封口组立；所述胶塞为耐高温封口橡胶和PPS树脂混合后成型制得；
(4)老化步骤。
步骤(2)-(3)采用含浸组立一体机实现，其中所述含浸处理为循环式抽真空、加压含浸和常压含浸，所述加压压强控制在0.35～0.45Mpa，真空压强控制在-0.08～-0.09Mpa，所述循环式抽真空、加压含浸和常压含浸为循环5次。含浸处理结束后控制在12min内封口组立完成。
对比例1
对比例1的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：乙二醇55％、二甘醇25％、甲酰胺12％和Y-丁内酯8％。
对比例2
对比例2的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述溶质由以下组份按重量百分比组成：乙二醇铵60％、甲酸铵31.2％、马来酸铵8.8％。
对比例3
对比例3的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：羧酸盐45％、缓蚀剂35％、磷酸二氢铵15％、防水合剂3.8％、次亚磷酸铵1.2％。
对比例4
对比例4的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述胶塞为耐高温橡胶。
对比例5
对比例5的制备方法与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于：所述胶塞为PPS树脂。
将实施例1-3及对比例1-5制得的电容器进行电学性能测试以及对回流焊后电容器进行电学性能测试，具体如下：
对比例1中溶剂减少了乙二醇单苯醚，导致电解液电导率偏低，ESR值偏大，过回流焊后不仅容量下降明显，而且漏电流和ESR增幅也大；对比例2中溶质减少了二元酸铵盐，使得提供的氧化效率和高温性不稳定，过回流焊后均出现容量下降幅度大，漏电流和ESR增幅也大；对比例3中添加剂减少了丁二酸杆，降低了产品常温和高温容量的保持率，过回流焊后均出现容量下降幅度大、漏电流和ESR增幅大；对比例4采用耐高温橡胶为胶塞，高温时电解液会透过密封材料向外扩散、挥发、电容量逐渐减少，过回流焊后均出现容量下降；对比例5采用PPS树脂为胶塞，其耐老化性、耐化学物质稳定性不佳，过回流焊后均出现容量下降幅度大，漏电流和ESR增幅也大。
如上表实施例1-3与对比例1-5可知，加入乙二醇单苯醚，有助于电解液电导率由30ms/cm提高到40ms/cm，马来酸铵与二元羧酸铵盐搭配保证高低温特性，提供稳定的氧化效率和高温稳定性；丁二酸酐提高了产品常温和高温容量保持率的同时，也可降低电容循环过程的阻抗；耐高温橡胶和PP树脂混合制成的胶塞，有助于提高产品有耐回流焊性能，并解决了自动焊锡生产线上的耐热问题，提高寿命可靠性。因此，本发明提供的片式铝电解电容器用电解液，溶剂中加入乙二醇单苯醚、溶质中马来酸铵与二元羧酸铵盐搭配、添加剂中加入了丁二酸酐，可提供更高的电导率，在高温下物化特性比较稳定，工作温度范围可达-55℃～+105℃，降低整个产品的损耗值、ESR；以及搭配耐高温橡胶和PP树脂混合制成的胶塞，减少产品工作时的发热，延长产品的使用寿命；具有在高温下长时间防水合的特点，可经受高达200℃～250℃密封焊接温度，解决了自动焊锡产线上的耐热问题，提高产品寿命可靠性。
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)
1.一种片式铝电解电容器用电解液，其特征在于，其由以下组份按重量百分比组成：溶剂50-68％、溶质20-35％和添加剂8-15％；其中，
所述溶剂由以下组份按重量百分比组成：乙二醇45-60％、乙二醇单苯醚15-30％、甲酰胺8-15％和Y-丁内酯3-10％；
所述溶质由以下组份按重量百分比组成：乙二醇铵55-65％、甲酸铵25-35％、马来酸铵6.2-10％、二元羧酸铵盐0.8-1.2％；
所述添加剂由以下组份按重量百分比组成：羧酸盐40-50％、缓蚀剂25-35％、磷酸二氢铵5.2-15％、防水合剂2.5-8.5％、次亚磷酸铵0.2-1.2％、丁二酸酐0.1-0.8％；
所述防水合剂为磷酸酯化合物，选自磷酸辛酯、磷酸三辛酯、磷酸二丁酯的至少一种。
2.一种片式铝电解电容器的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)芯包卷绕：将阳极箔和阴极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包；
(2)电解液含浸：将步骤(1)的芯包浸入如权利要求1所述的电解液中进行含浸处理；
(3)封口组立：将步骤(2)的芯包入壳和套胶塞，然后封口组立；
(4)老化步骤。
3.根据权利要求2所述的片式铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述胶塞为耐高温封口橡胶和PPS树脂混合后成型制得。
4.根据权利要求2所述的片式铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述含浸处理为循环式抽真空、加压含浸。
5.根据权利要求4所述的片式铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述加压压强控制在0.35～0.45Mpa，真空压强控制在-0.08～-0.09Mpa。
6.根据权利要求4所述的片式铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述循环式抽真空、加压含浸为循环至少3次。
7.根据权利要求4所述的片式铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述循环式抽真空、加压含浸为循环5次。
8.根据权利要求2所述的片式铝电解电容器的制备方法，其特征在于，含浸处理结束后控制在8～12min内封口组立完成。
9.一种片式铝电解电容器，其包括壳体、收容于所述壳体中的芯包及吸附于所述芯包中的电解液，其特征在于，所述电解液为如权利要求1所述的电解液。
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