CN115602452B - 一种固液混合铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种固液混合铝电解电容器及其制备方法，电容器包括外壳、设在外壳内的芯包和设在外壳内用于将芯包密封在外壳内的封口橡胶，芯包由料带卷制成型，料带包括顺序设置的阳极箔、第一隔离纸、第一固态导电性聚合层、阴极箔、第二隔离纸和第二固态导电性聚合层。电容器还包括分别与阳极箔和阴极箔连接并从封口橡胶伸出的两根引出线、设在固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层上的导流通道和电解液。本申请公开的固液混合铝电解电容器及其制备方法，通过调整电解液和固态导电性聚合物的位置以及电解液注入方式的手段来使电解液能够对芯包内的固态导电性聚合物进行充分浸润，用以得到更高的良品率。
Description
技术领域
本申请涉及电容器技术领域，尤其是涉及一种固液混合铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
相比固态电容器，固液混合铝电解电容器的电解质中含有提高电容器容量和耐压作用的电解液，容量和耐压值都有一定提升。相比液态电容器，固液混合铝电解电容器在相同规格下尺寸比液态电容器更小，相同尺寸下容量可以做到更大，具有明显的小型化优势。
但是目前固液混合铝电解电容器在大尺寸工艺上受限，原因是随着直径和长度的增加，受限于现有压浸(利用压力使电解液浸入到芯包内)工艺，芯包内的部分区域会出现电解液无法到达导致的固态导电性聚合物不浸润或浸润程度有限的问题，导致成品率偏低。
发明内容
本申请提供一种固液混合铝电解电容器及其制备方法，通过调整电解液和固态导电性聚合物的位置以及电解液注入方式的手段来使电解液能够对芯包内的固态导电性聚合物进行充分浸润，用以得到更高的良品率。
本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，本申请提供了一种固液混合铝电解电容器，包括：
外壳；
芯包，设在外壳内；
封口橡胶，设在外壳内，用于将芯包密封在外壳内；
芯包由料带卷制成型，料带包括顺序设置的阳极箔、第一隔离纸、第一固态导电性聚合层、阴极箔、第二隔离纸和第二固态导电性聚合层；
还包括分别与阳极箔和阴极箔连接并从封口橡胶伸出的两根引出线；
导流通道，设在固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层上，导流通道的轴线平行于芯包的轴线；
电解液，浸润第一隔离纸、第二隔离纸、第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层并填充导流通道。
在第一方面的一种可能的实现方式中，位于第一固态导电性聚合层上的导流通道与第一固态导电性聚合层的顶面连通；
位于第二固态导电性聚合层上的导流通道与第二固态导电性聚合层的顶面连通。
在第一方面的一种可能的实现方式中，导流通道分为多组；
每组中包括至少一个两端为开放端的导流通道和至少一个一端为开放端的导流通道。
在第一方面的一种可能的实现方式中，阳极箔与阴极箔的工作面均为腐蚀成型。
在第一方面的一种可能的实现方式中，第一隔离纸与阳极箔接触的面上设有存储通道和/或存储坑；
存储通道和/或存储坑通过第一固态导电性聚合层吸附成型。
在第一方面的一种可能的实现方式中，存储通道沿第一隔离纸的延伸方向设置。
在第一方面的一种可能的实现方式中，第二隔离纸与阴极箔接触的面上设有存储通道和/或存储坑；
存储通道和/或存储坑通过第二固态导电性聚合层吸附成型。
在第一方面的一种可能的实现方式中，存储通道沿第二隔离纸的延伸方向设置。
第二方面，本申请提供了一种固液混合铝电解电容器制备方法，包括：
分别在第一隔离纸和第二隔离纸上铺设具有一定湿度的固态导电性聚合物，形成第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层；
在第一隔离纸和第二隔离纸上压制存储通道和/或存储坑，同时在第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层上压制导流通道；
对第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层进行烘干定型；
将阳极箔放置在第一隔离纸上并将阴极箔放置在第二隔离纸上并卷制芯包；
将电解液加压后从芯包的一端注入并保持，直至电解液从芯包的另一端流出；以及
将芯包放入外壳中并用封口橡胶将外壳的开口处密封。
整体而言，本申请提供的一种固液混合铝电解电容器及其制备方法本，使用了将固态导电性聚合物附着在第一隔离纸和第二隔离纸上的方式来分别形成第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层，这样形成的第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层具有一定的强度，并且能够在卷制过程中随着第一隔离纸和第二隔离纸的变形而变形，也就是在成型过程中，固态导电性聚合物能够均匀的分布于两层隔离纸之间，并且不会随着后续使用出现相对位移。导流通道的加入可以使电解液对芯包内部进行充分的浸润，使得大尺寸固液混合铝电解电容器的制作成为可能。
附图说明
图1是本申请提供的一种固液混合铝电解电容器的外形示意图。
图2是本申请提供的一种固液混合铝电解电容器的内部结构示意图。
图3是本申请提供的一种料带端部的展开示意图。
图4是本申请提供的一种料带截面层的结构示意图。
图5是本申请提供的一种带有导流通道的料带截面层的结构示意图。
图6是本申请提供的一种导流通道的形状及其分布示意图。
图7是基于图4给出的一种料带截面层的结构示意图，展示了阳极箔和阴极箔的腐蚀情况。
图8是本申请提供的一种第一隔离纸与阳极箔贴合处的示意图。
图9是本申请提供的一种第二隔离纸与阴极箔贴合处的示意图。
图10是本申请提供的一种固液混合铝电解电容器制备方法的步骤流程示意框图。
图11是本申请提供的一种转印的原理性示意图。
图12是本申请提供的一种导流通道与储通道和/或存储坑形成过程的原理性示意图。
图13是本申请提供的一种向芯包注入电解液的原理性示意图。
图中，1、外壳，2、芯包，3、封口橡胶，21、第一隔离纸，22、第二隔离纸，23、阳极箔，24、阴极箔，25、引出线，31、第一固态导电性聚合层，32、第二固态导电性聚合层，33、导流通道，34、电解液。
具体实施方式
以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。
为了更加清楚的理解本申请中的技术方案，首先对电容器的相关内容进行介绍。
电解电容器是电容器的一种，其采用金属箔为正极(铝或钽)，与正极金属箔上氧化膜(氧化铝或五氧化二钽)是电介质，阴极由导电材料、电解质(电解质可以是液体或固体)和其他材料共同组成，电解质有液态、固态和固液混合三种。
固态铝电解电容器与传统铝电解电容器结构上是一样的，也是铝卷绕式结构，只是把电解液换成了固态形式的高分子聚合物材料—3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)。
固液混合铝电解电容器是将电解液与固态形式的高分子聚合物材料进行了混合，目前市场上看到的固液混合铝电解电容器，其由正极化成铝箔、负极化成铝箔、正负极铝箔之间有电解纸或隔膜、电解纸或隔膜上吸附有导电性聚合物和电解液。
其中，负极化成铝箔的表面有腐蚀微孔，腐蚀微孔的表面有一层三氧化二铝的氧化膜涂层。正及铝箔上设有正导针，负极铝箔上设有负导针，正负极导针穿过一个圆形有孔橡胶塞并装入铝壳内，经过封口组立后成为成品。
固液混合铝电解电容器主要在汽车上使用，例如在汽车HUD抬头显示中，一般会用到4至6个固液混合铝电解电容器，主要起滤波和储能的作用，为整机降低EMI和EMS，同时平滑输出。
请参阅图1和图2，为本申请公开的一种固液混合铝电解电容器，电容器由外壳1、芯包2和封口橡胶3等组成，外壳1、芯包2和封口橡胶3的形状及连接关系与现有技术相同，在结构中，芯包2放置在外壳1内，封口橡胶3填充在外壳1的开口处，用于将芯包2密封在外壳1内。
请参阅图3和图4，芯包2由料带卷制成型，料带包括顺序设置的阳极箔23、第一隔离纸21、第一固态导电性聚合层31、阴极箔24、第二隔离纸22和第二固态导电性聚合层32，阳极箔23和第一固态导电性聚合层31分别位于第一隔离纸21的两个面上，阴极箔24和第二固态导电性聚合层32分别位于第二隔离纸22的两个面上。
卷制成型时，第一隔离纸21位于第二隔离纸22的上方并贴合(第一固态导电性聚合层31与阴极箔24接触)，接着将两根引出线25分别放置在阳极箔23和阴极箔24上并固定连接，最后进行卷制，形成芯包2。
两根引出线25的一端位于芯包2内，一端位于芯包2外，在将芯包2封装到外壳1内时，两根引出线25从封口橡胶3伸出，引出线25作为本申请公开的固液混合铝电解电容器的连接正极和连接负极使用。
请参阅图5，固态导电性聚合层31和第二固态导电性聚合层32上均设有导流通道33，导流通道33的作用有两个，一个是在浸润过程中引导电解液34流动，一个是在浸入完成后能够存储一定量的电解液34。
并且，导流通道33的轴线还平行于芯包2的轴线，这样可以引导电解液34从芯包2的一端流向另一端，将第一隔离纸21、第二隔离纸22、第一固态导电性聚合层31和第二固态导电性聚合层32浸润，浸润完成后，部分电解液34还会将导流通道33填充。
在一些可能的实现方式中，电解液选用以水为主要溶剂，己二酸铵、甲酸铵、三乙胺等为主要溶质的电解液。
在一些可能的实现方式中，固态导电性聚合物选用为聚噻吩及其衍生物的水性复配物。
整体而言，本申请提供的固液混合铝电解电容器，使用了将固态导电性聚合物附着在第一隔离纸21和第二隔离纸22上的方式来分别形成第一固态导电性聚合层31和第二固态导电性聚合层32，这样形成的第一固态导电性聚合层31和第二固态导电性聚合层32具有一定的强度，并且能够在卷制过程中随着第一隔离纸21和第二隔离纸22的变形而变形，也就是在成型过程中，固态导电性聚合物能够均匀的分布于两层隔离纸之间，并且不会随着后续使用出现相对位移。
导流通道33的加入可以使电解液34对芯包2内部进行充分的浸润，使得大尺寸固液混合铝电解电容器的制作成为可能。
请参阅图5，作为申请提供的固液混合铝电解电容器的一种具体实施方式，位于第一固态导电性聚合层31上的导流通道33与第一固态导电性聚合层31的顶面连通，同时，位于第二固态导电性聚合层32上的导流通道33与第二固态导电性聚合层32的顶面连通。
这样可以通过压制的方式来制作导流通道33，也就是在第一隔离纸21上铺设第一固态导电性聚合层31和在第二隔离纸22上铺设第二固态导电性聚合层32时，可以同步压制出导流通道33，在后续的烘干过程中，导流通道33可以随之固定成型。
请参阅图6，作为申请提供的固液混合铝电解电容器的一种具体实施方式，将导流通道33分为了多组，每组中导流通道33有两种，第一种是两端为开放端的导流通道33，第二种是一端为开放端的导流通道33，一组中这两种导流通道33的数量可以是一个，也可以是多个。
两端为开放端的导流通道33的作用是引导电解液34在芯包2内沿着既定轨迹流动，一端为开放端的导流通道33是存储一定量的电解液34，并使得这部分电解液34能够对其所在导流通道33附近的固态导电性聚合物进行渗透，进而得到更加的浸润效果。
请参阅图7，作为申请提供的固液混合铝电解电容器的一种具体实施方式，阳极箔23与阴极箔24的工作面均为腐蚀成型，腐蚀成型可以增加阳极箔23与阴极箔24的表面积，进而增加电容量。
请参阅图8，作为申请提供的固液混合铝电解电容器的一种具体实施方式，第一隔离纸21与阳极箔23接触的面上设有存储通道和/或存储坑，增加的存储通道和/或存储坑通过第一固态导电性聚合层31吸附成型。
存储通道与存储坑的作用是在第一隔离纸21与阳极箔23之间存储一定量的电解液34，从而实现氧化膜的自动修复。应理解，电解电容器中的阳极上借助于电化学方法生成一极薄且具有单向导电性的氧化膜作为介质。
电解液34可以起到本申请公开的固液混合铝电解电容器阴极作用，还能够提供O2-给阳极以修补损伤的氧化膜，氧化膜的完整性越好，固液混合铝电解电容器的漏电流就越小。
第一隔离纸21与阳极箔23接触的面上设有存储通道时，存储通道沿第一隔离纸21的延伸方向设置；第一隔离纸21与阳极箔23接触的面上设有存储坑时，存储坑按照MxN的矩阵形式排列。
存储通道与存储坑同样使用按压的工艺制作，并在对第一固态导电性聚合层31进行烘干时成型。因为在按压时，能够第一隔离纸21的按压局部能够发生变形并粘附在第一固态导电性聚合层31上，在对第一固态导电性聚合层31进行烘干时，第一隔离纸21的形状不会发生变化，但是存在存储通道的局部变形和微量存储坑体积缩小的情况。
请参阅图9，作为申请提供的固液混合铝电解电容器的一种具体实施方式，第二隔离纸22与阴极箔24接触的面上设有存储通道和/或存储坑，增加的存储通道和/或存储坑通过第二固态导电性聚合层32吸附成型。
存储通道与存储坑的作用是在第二隔离纸22与阴极箔24之间存储一定量的电解液34，这部分电解液34的作用有两个，第一个是使阴极箔24与第二隔离纸22能够充分接触，避免了固态电容中接触不佳(部分区域存在空隙)的问题；第二个是这部分电解液34中的电介质可以通过流动的方式转移供给阳极箔23修复氧化膜使用。
第二隔离纸22与阴极箔24接触的面上设有存储通道时，存储通道沿第二隔离纸22的延伸方向设置；第二隔离纸22与阴极箔24接触的面上设有存储坑时，存储坑按照MxN的矩阵形式排列。
存储通道与存储坑同样使用按压的工艺制作，并在对第二固态导电性聚合层32进行烘干时成型。因为在按压时，能够第二隔离纸22的按压局部能够发生变形并粘附在第二固态导电性聚合层32上，在对第二固态导电性聚合层32进行烘干时，第二隔离纸22的形状不会发生变化，但是存在存储通道的局部变形和微量存储坑体积缩小的情况。
请参阅图10，本申请还公开了一种固液混合铝电解电容器制备方法，包括如下步骤：
S101，分别在第一隔离纸和第二隔离纸上铺设具有一定湿度的固态导电性聚合物，形成第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层；
S102，在第一隔离纸和第二隔离纸上压制存储通道和/或存储坑，同时在第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层上压制导流通道；
S103，对第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层进行烘干定型；
S104，将阳极箔放置在第一隔离纸上并将阴极箔放置在第二隔离纸上并卷制芯包；
S105，将电解液加压后从芯包的一端注入并保持，直至电解液从芯包的另一端流出；以及
S106，将芯包放入外壳中并用封口橡胶将外壳的开口处密封。
在步骤S101中，固态导电性聚合物使用转印(先将固态导电性聚合物喷涂在料带上，再将料带裁切，最后将料带上的固态导电性聚合物转移，如图11所示)的方式铺设到第一隔离纸21和第二隔离纸22，形成第一固态导电性聚合层31和第二固态导电性聚合层32。在转印完成后，使用滚轮压制导流通道与存储通道和/或存储坑，导流通道与存储通道和/或存储坑的压制顺序不做限制，也就是步骤S102中的内容，如图12所示。
在步骤S103中，对第一固态导电性聚合层31和第二固态导电性聚合层32进行烘干定型，烘干的方式选用红外烘干，红外烘干可以进行低温控干，并且可以使第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层的内外温度同步升高。
在步骤S104，将阳极箔放置在第一隔离纸上并将阴极箔放置在第二隔离纸上并卷制芯包2，该步骤中同时分别在阳极箔23和阴极箔24各固定一根引出线25，每一根引出线25的一端均从芯包2中伸出。
在步骤S105中，将电解液34加压后从芯包2的一端注入并保持，直至电解液34从芯包2的另一端流出.具体的方式是将芯包2放置在一个具有固定孔的平板上，平板上方和下方分别存在一个仓。
如图13所示，平板上方的仓在与平板接触后注入电解液34并加压，平板下方的仓在与平板接触后进行抽真空，借助于电解液34在芯包2的上端施加正压力和空气在芯包2的下端施加负压力，使电解液34渗入芯包2内，对芯包2内部进行充分的浸润，最后芯包2的下端会有电解液34渗出，取下平板下方的仓时芯包2下端会有明显的电解液34聚集。
此处的上端和下端指的是芯包2放置时的位置，并不具有特定限定。
最后执行步骤S106，将芯包放入外壳中并用封口橡胶将外壳的开口处密封。密封完成后还需要进行老练工艺，老练工艺是按极性加上规定的直流电压，通过芯包2内电解液34的电化学反应，对在生产过程中受到损伤的氧化膜进行修复，使氧化膜恢复其固有的电性能。
老练工艺的目的有两个，第一个是恢复固有的电性能，第二个是剔除质量不合格的产品，剔除的考察工艺参数主要是漏电流。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种固液混合铝电解电容器，其特征在于，包括：
外壳（1）；
芯包（2），设在外壳（1）内；
封口橡胶（3），设在外壳（1）内，用于将芯包（2）密封在外壳（1）内；
芯包（2）由料带卷制成型，料带包括顺序设置的阳极箔（23）、第一隔离纸（21）、第一固态导电性聚合层（31）、阴极箔（24）、第二隔离纸（22）和第二固态导电性聚合层（32）；
还包括分别与阳极箔（23）和阴极箔（24）连接并从封口橡胶（3）伸出的两根引出线（25）；
导流通道（33），设在第一固态导电性聚合层（31）和第二固态导电性聚合层（32）上，导流通道（33）的轴线平行于芯包（2）的轴线；
电解液（34），浸润第一隔离纸（21）、第二隔离纸（22）、第一固态导电性聚合层（31）和第二固态导电性聚合层（32）并填充导流通道（33）；
位于第一固态导电性聚合层（31）上的导流通道（33）与第一固态导电性聚合层（31）的顶面连通；
位于第二固态导电性聚合层（32）上的导流通道（33）与第二固态导电性聚合层（32）的顶面连通；
导流通道（33）分为多组；每组中包括至少一个两端为开放端的导流通道（33）和至少一个一端为开放端的导流通道（33）。
2.根据权利要求1所述的固液混合铝电解电容器，其特征在于，阳极箔（23）与阴极箔（24）的工作面均为腐蚀成型。
3.根据权利要求1所述的固液混合铝电解电容器，其特征在于，第一隔离纸（21）与阳极箔（23）接触的面上设有存储通道和/或存储坑；
存储通道和/或存储坑通过第一固态导电性聚合层（31）吸附成型。
4.根据权利要求3所述的固液混合铝电解电容器，其特征在于，存储通道沿第一隔离纸（21）的延伸方向设置。
5.根据权利要求1或3或4所述的固液混合铝电解电容器，其特征在于，第二隔离纸（22）与阴极箔（24）接触的面上设有存储通道和/或存储坑；
存储通道和/或存储坑通过第二固态导电性聚合层（32）吸附成型。
6.根据权利要求5所述的固液混合铝电解电容器，其特征在于，存储通道沿第二隔离纸（22）的延伸方向设置。
7.一种如权利要求1所述的固液混合铝电解电容器的制备方法，其特征在于，包括：
分别在第一隔离纸和第二隔离纸上铺设具有一定湿度的固态导电性聚合物，形成第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层；
在第一隔离纸和第二隔离纸上压制存储通道和/或存储坑，同时在第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层上压制导流通道；位于第一固态导电性聚合层上的导流通道与第一固态导电性聚合层的顶面连通；位于第二固态导电性聚合层上的导流通道与第二固态导电性聚合层的顶面连通；导流通道分为多组；每组中包括至少一个两端为开放端的导流通道和至少一个一端为开放端的导流通道；
对第一固态导电性聚合层和第二固态导电性聚合层进行烘干定型；
将阳极箔放置在第一隔离纸上并将阴极箔放置在第二隔离纸上并卷制芯包；
将电解液加压后从芯包的一端注入并保持，直至电解液从芯包的另一端流出；以及
将芯包放入外壳中并用封口橡胶将外壳的开口处密封。
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