CN114284073B - 一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法，属于电子元器件领域。所述方法包括以下三个方面：(1)提高凝胶工作电解质闪火电压：添加有机酸，在电介质薄膜表面形成屏蔽电场的吸附层，从而提高电解液的闪火电压；(2)等静压法提高工作电解质浸润效果：采用分段施压等静压法，分段施加等静压力，把需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热温度到使得电解液粘度下降，流动性增强，均匀渗透到每个立体网状微孔通道中；(3)预老炼：在老炼前增加室温预老炼技术。解决了现有技术中电解液成分中的含水量、凝胶电解质的含量不易控制，一致性差，从而导致寿命合格率低的问题。广泛应用于长寿命高压大容量电解电容器技术领域。

Description

一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法
技术领域
本发明属于电子元器件领域，进一步来说涉及大容量电解电容器领域，具体来说，涉及一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法。
背景技术
电解电容器所使用的的工作电解液对元件的电性能和寿命关系极大。目前使用最多的仍然是含水的凝胶状工作电解质。水是修补电介质氧化膜所需氧的唯一来源。不添加水的电解液在配制过程中也会产生水。因此不能把配制过程中未添加水的就认为是无水电解液；同时，水也是优良溶剂。
高压大容量电解电容器由于老炼电压高，老炼过程中修补氧化膜时产生气体，使得产品内压激增引起鼓包甚至爆炸。因此电解液成分中的含水量应控制在0.05～35％，低于0.05％，则电容器阳极氧化膜修复性较低，而超过35％则由于高温使得水分气化而导致产品寿命变差。凝胶电解质的含量应控制在0.3～40％，低于0.3％则导致电阻率增加，使得产品温升变大，超过40％则会使耐压能力下降，同时影响元件负温特性。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：电解液成分中的含水量、凝胶电解质的含量不易控制，一致性差，从而导致寿命合格率低的问题。
影响高压大容量电解电容器寿命的因素：
电介质的形成工艺是指在电解液中对阳极烧结基体进行阳极氧化，生成阀金属氧化物薄膜的过程。电容器的主要功能由电介质决定，在形成工序中生成完整均匀的介质氧化膜非常重要。对于高压大容量非固体电解质型电容器而言，影响其寿命的主要因素有：
电介质生长质量、工作电解质配制(工作电解质闪火电压、工作电解质浸润效果)、预老炼和老炼。
形成和老炼工艺过程控制研究相对比较成熟，能够有效控制介质内部晶化的程度。而对于改善工作电解液配制方法，提升老炼效率，最终提高产品寿命合格率的技术少有报道。
原有凝胶状电解质主要配方是33％～45％H2SO4溶液(经典值38％)和硅溶胶按体积比1：(3～3.5)，闪火电压偏低，不利于电容器长时间工作稳定性，因此必须通过配方改良加以优化；
现有工作电解液对于阳极烧结基体的浸润性不够，导致阴极有效面积减少，使得电容器长期工作时损耗偏大，发热明显，也不利于寿命合格率的提升；
预老炼可以提高电介质自愈效率，快速修复使用中受损的氧化膜，同时剔除有早期失效隐患风险的不良品。
为此，本发明提供一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法，从以下三个方面进行解决：
一.提高凝胶工作电解质闪火电压
闪火是指阳极基体或者溶液本身在形成过程中无法承受形成电压，造成短路的现象，闪火开始发生的电压即为闪火电压。
提高闪火电压可以有效防止阳极金属发生场致晶化和热致晶化，提高电介质质量，从而保证电容器的长寿命使用效率。
添加柠檬酸、马来酸等有机酸可以在电介质薄膜表面形成屏蔽电场的吸附层，从而进一步提高电解液的闪火电压。
在原有凝胶工作电解液中按每50ml 33％～45％硫酸溶液内加入1.2g～1.8g柠檬酸或1.5g～1.9g马来酸，可以在电介质薄膜表面形成屏蔽电场的吸附层，从而进一步提高电解液的闪火电压，有效防止阳极金属发生场致晶化和热致晶化，延长服役寿命。
二.等静压法提高工作电解质浸润效果
等静压力成型方式是通过液体对置于容器内的预成型体施加各向均匀的压力，使坯体压实，采用分段施加等静压力，减小了现有液压成型方式中应力集中且释放不均匀的现象，保证阳极坯体压制后均匀致密化，从而改善烧结后体积收缩严重不均匀的问题，保证产品后续装配、绝缘设计以及抗振动等级要求。
在原有的负压或常压下对阳极块进行电解液浸渍，由于毛细现象效率不高，烧结基体内部微孔被电解液完全浸渍所用时间过长，可能导致后期产品的等效串联电阻(ESR)值和损耗角正切值超标而失效。因此，借鉴等静压法成型技术，把需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热到60℃～85℃，使得电解液粘度下降，流动性增强，均匀渗透到每个立体网状微孔通道中。此法可有效提高工作电解质浸渍效果，将原有浸渍时间从8h～24h缩短到0.5h～1h，大大提升工作效率，而产品电性能几乎无影响。
三.预老炼
老炼过程的实质是对封装后的元件半成品施加额定电压，使该半成品进一步动态熟化的过程。通过施加电压使得电容器在老炼过程中发生介质膜层的自愈效应，修复疵点，达到在动态电子线路中正常使用的效果。
老炼前增加室温预老炼工序，可以提高自愈效率，剔除有早期失效隐患风险的不良品，提升良品率。
具体条件为：1.1～1.25倍额定电压、2h～4h老炼。
根据实验数据，采用预老炼—老炼工艺路线后，产品的早期失效剔除率比单纯采用老炼工艺的高5％～10％，同时还可以缩短后续老炼过程中20％的恒压时间，真正提升产品加工效率和寿命合格率。
与现有技术相比，本发明的优点是：
在电介质薄膜表面形成屏蔽电场的吸附层，提高电解液的闪火电压，有效防止阳极金属发生场致晶化和热致晶化，提升可靠性，延长服役寿命。
阳极坯体压制后均匀致密，改善烧结后体积收缩严重不均匀的问题，保证产品后续装配、绝缘设计以及抗振动等级要求，工作电解质浸渍时间从8h～24h缩短到0.5h～1h，大大提升工作效率，提升可靠性，延长服役寿命。
增加室温预老炼技术，提高电容器介质膜层的自愈效率，修复疵点，提升合格率及可靠性，延长服役寿命。
有效解决了电解液成分中因含水量及凝胶电解质含量不易控制，导致一致性差，寿命合格率低的问题。
本发明的技术方案可广泛应用于长寿命高压大容量电解电容器技术领域。
具体实施方式
本发明技术方案的具体实施方式如下：
以CAX1型电容器125V350μF、CAX2型电容器100V750μF、CAX3型电容器75V1000μF为例，本发明技术方案的具体实施方式如下：
1、CAX1型电容器125V350μF
在原有凝胶工作电解液中按每50ml 38％硫酸溶液内加入1.6g柠檬酸，采用等静压成型方式，需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热到65℃，将原有浸渍时间从20h缩短到1h，大大提升工作效率，而产品电性能几乎无影响。
2、CAX2型电容器100V750μF
在原有凝胶工作电解液中按每50ml 38％硫酸溶液内加入1.6g马来酸，采用等静压成型方式，需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热到70℃，将原有浸渍时间从18h缩短到1h，大大提升工作效率，而产品电性能几乎无影响。
3、CAX3型电容器75V1000μF
在原有凝胶工作电解液中按每50ml 38％硫酸溶液内加入1.8g柠檬酸，采用等静压成型方式，需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热到85℃，将原有浸渍时间从22h缩短到1h，大大提升工作效率，而产品电性能几乎无影响。
表1现有技术与本发明实验数据对比(产品可对标Vishay公司T34型系列)
Figure BDA0003440816090000041
最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法，其特征在于,包括以下三个方面：
（1）提高凝胶工作电解质闪火电压
添加有机酸，在电介质薄膜表面形成屏蔽电场的吸附层，从而提高电解液的闪火电压；
所述有机酸为柠檬酸或马来酸；
所述柠檬酸的含量为：按每50ml 33%~45%硫酸溶液内加入1.2g~1.8g柠檬酸；
所述马来酸的含量为：按每50ml 33%~45%硫酸溶液内加入1.5g~1.9g马来酸；
（2）等静压法提高工作电解质浸润效果
采用分段施压等静压法，分段施加等静压力，把需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热温度到使得电解液粘度下降，流动性增强，均匀渗透到每个立体网状微孔通道中；
所述加热温度为60℃~85℃；
所述阳极块的电解液浸渍时间为0.5 h ~1h；
（3）预老炼
在老炼前增加室温预老炼工序；
所述预老炼工序的具体条件为：1.1倍~1.25倍额定电压、2h~4h。
2.如权利要求1所述的一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法，其特征在于：所述凝胶工作电解质的制备为：按每50ml 38%硫酸溶液内加入1.6g柠檬酸，采用等静压成型方式，需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热到65℃，浸渍时间为1h；采用所述凝胶工作电解质的125V350μF系列电解电容的服役寿命大于1000h。
3.如权利要求1所述的一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法，其特征在于：所述凝胶工作电解质的制备为：按每50ml 38%硫酸溶液内加入1.6g马来酸，采用等静压成型方式，需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热到70℃，浸渍时间为1h；采用所述凝胶工作电解质的100V750μF系列电解电容的服役寿命大于500h。
4.如权利要求1所述的一种提升高压大容量电解电容器寿命合格率的方法，其特征在于：所述凝胶工作电解质的制备为：按每50ml 38%硫酸溶液内加入1.8g柠檬酸，采用等静压成型方式，需浸渍的阳极块置于等静压成型设备中，加热到85℃，浸渍时间为1h；采用所述凝胶工作电解质的75V1000μF系列电解电容的服役寿命大于1000h。
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