CN116092835B - 一种新型电容及其制造方法与电子雷管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型电容及其制造方法与电子雷管，该新型电容包括阴极铝箔、电解纸及阳极铝箔依次卷绕后外部套设一铝壳，在铝壳顶部设置密封胶塞及外引电连线。该半固态电容器，同时具备电子雷管所需所有特性，其适用范围广，较钽电容而言经济效益高。解决了钽电容与用于电子雷管领域ESR大，铝电解电容器应用于电子雷管ESR大，低温容衰大等问题。本半固态电容器的优越性取代了钽电容在电子雷管领域的应用不足，并具备突出的应用效果。电子雷管通过芯片的对身份识别码、指令序列、起爆密码的检测，杜绝“误爆”及“拒爆”情况，提高了安全性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及雷管电容技术领域，尤其涉及一种新型电容及其制造方法与电子雷管。
背景技术
电子雷管，是采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管，主要由电子芯片及瞬发电子雷管构成，因而又称之为电子延迟雷管或数码电子雷管、数码雷管或工业数码电子雷管。随着电子雷管技术的不断发展与完善，其技术优越性在全球爆破界得到了越来越广泛的认识，特别是新型电子雷管生产成本的不断下降，其生产应用已从早期的稀有、贵重矿物开采领域扩大到普通矿山和采石场。在我国加快电子雷管替换的背景下，电子雷管的替换导爆管雷管、工业电雷管及其他雷管的空间较大。
在电子雷管推广过程中，最令人担心的莫过于盲炮了。如果哪次没找到盲炮，不仅面临安全隐患，还面临工程暂停、合作终止等问题，现场还存在安全隐患。因此，目前电子雷管用户普遍关心的仍然是安全问题。电子雷管本身的安全性，主要决定于它的发火延时电路。充电晶体管和放电晶体管组成系统主发火电路，电容在微控制器控制下通过点火晶体管放电，引燃引火头。传统延期雷管靠简单的电阻丝通电点燃引火头，而电子雷管的引火头点燃，通常除靠电阻、电容、晶体管等传统元件外，关键是还有一块控制这些元件工作的可编程电子芯片。该可编程电子芯片置于数码电子雷管内部，具备雷管起爆延期时间控制、起爆能量控制功能，内置雷管身份信息码和起爆密码，能对自身功能、性能以及雷管点火元件的电性能进行测试，并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信。
在电子雷管中，电容对爆破效果的影响深远，直接影响着爆破的效果。如果电容容值变化，导致电容与电阻组合的时间常数发生变化，而导致使用时发生故障，或在使用过程中的电容充电方案不合理，充电过程中电容损坏或未充电，爆破时无法正常放电，都会导致盲炮。电子雷管通过吸收其内部储能电容释放的能量点燃药剂完成引爆，现电子雷管使用的药剂多为顿感药剂，其优点为安全性能很高，缺点为引爆需要较大的能量，而电子雷管的起爆能量来源于内置的一个储能电容，如果要达到足够的能量，就要求储能电容做到容值大、漏电流小、ESR小、低温容衰小、可靠度高。现雷管使用的电容为铝电解电容和钽电容。
导电高分子聚合物固态电容，具有优秀的高频低阻特性，在各类领域中的应用越来越广，随着成本的降低，有逐步取代原有液态电解电容器的趋势。但是在其优越的阻抗特征和寿命特征下，导电高分子固态电容器相比传统液态电解电容，同样有着明显的劣势。主要在于容量引出率低、漏电流大、无自主修复功能，耐电压能力低等特点。而传统的铝电解电容器虽然有着高的耐电压能力，但其阻抗大，耐纹波电流小，低温特性差，频率特性差；本发明旨在解决高压铝电容器阻抗大，低温特性和频率特性差等缺点，提供性能更加可靠的铝电容器。
铝电解电容器使用电解液作为阴极，其优点为电解液有一定修复性，缺点为电解液导电性差，电容器ESR大，低温容衰大，且电解液在高温环境中易挥发干涸，在低温环境电解液导电度与解离度差，从而缩短电容器寿命导致失效；钽电容介质则与铝电解电容器不同，由于其内部无电解液，高温下不会发生电解液干涸现象导针电容失效，因此适合高温工作，但是钽电容的耐压和过流能力差，过压和过流会失效产生明火会直接引爆电子雷管，因此不满足电子雷管对可靠度要求高的要求，由于爆炸过程会产生极大的热量与冲击力，钽电容无电解液，自身修复性差，受冲击后易受损无法自愈。且钽电容造价昂贵，多为进口，用于电子雷管上，成本高，经济效益低。
现有技术中，半固态电容器使用导电高分子与电解液相结合作为阴极，利用导电高分子的电子传导用以替代电解液的离子传导，从而可以极大地降低电容器ESR，同时辅以电解液相结合，因此电容器具有一定的自愈性，可以进一步提升产品的寿命，且即使高温环境中电解液受热挥发干涸或是低温环境电解液结冰，导电高分子还能不受影响地继续作为阴极工作，不会使电容器失效，因此极大地提升了电容器可靠性，且由于电容器内部存在电解液，具有自愈功能，不易受爆破产生的冲击力影响，因此半固态电容具备容值大、漏电流小、ESR小、低温容衰小、可靠度高等优势，十分适用于电子雷管领域，但是传统半固需要满足信赖性长寿命等要求，因此设计要求高，只能应用在高频滤波中，而电子雷管是应用在低频电路中，因此传统半固态无法应用在电子雷管领域中，由于电子雷管为一次性低频直流充放电的储能元件，因此不需要满足传统半固态信赖性长寿命的要求。
针对这种情况，本发明提出了一种应用在电子雷管的半固态新型电容及其制造方法与电子雷管，能够有效地对现有技术进行改进，其既具备容值大、漏电流小、ESR小、低温容衰小、可靠度高等优势又可以用在电子雷管的低频电路中，设计上不需要像传统半固态要求高，因此材料成本上也会远低于传统的半固态电容，经济效益也会更高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型电容及其制造方法与电子雷管，以解决现有技术存在的以上问题，其具体方案如下：
第一方面，本发明提供了一种新型电容，所述新型电容包括：至少一电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔及铝壳；
所述阴极铝箔与所述阳极铝箔之间设置有电解纸，所述阴极铝箔、电解纸及阳极铝箔依次卷绕成素子设置；
所述素子外部套设一所述铝壳，在所述铝壳容器内有能将所述素子完全浸泡的导电高分子聚合物电解液，所述导电高分子聚合物电解液根据不同ESR参数要求配置；
在所述铝壳顶部还设置有一密封胶塞，所述阴极铝箔与所述阳极铝箔分别有两条透过所述密封胶塞的外引电连线。
优选地，所述电解液包括：溶剂、溶质、添加剂；所述溶剂包括主溶剂与助溶剂；其中，按质量分量组成：主溶剂，50-100份；助溶剂8-25份，溶质，5-15份；及添加剂，2-6份。
优选地，所述主溶剂包括：2-甲基-1,3丙二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一种。
优选地，所述助溶剂包括：γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚中的一种。
优选地，所述溶质包括：五硼酸铵、苯甲酸铵、碳原子数为5-30的直链多元羧酸、碳原子数为5-30的支链多元羧酸铵盐中的至少一种。
优选地，所述添加剂包括：硝基苯酚、聚乙烯醇、烷基磷酸酯、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醚、聚乙二醇中的至少一种。
第二方面，本发明提供了一种新型电容制造方法，用于制备如第一方面所述的新型电容，应用于电子雷管，所述方法包括：
按预设尺寸将铝箔及电解纸进行裁剪，并将裁剪获得的阴极铝箔、电解纸、阳极铝箔依次卷绕成素子；
根据不同ESR参数要求配置导电高分子聚合物电解液，并将所述素子浸泡在含有所述导电高分子聚合物电解液的容器内；
对浸泡中的所述素子周期性加载正负压，并将充分浸泡有电解质的所述素子通过组立机台封装至铝壳内，配上胶塞，同时连接外引线并老化形成所述新型电容。
优选地，所述按预设尺寸将铝箔及电解纸进行裁剪，并将裁剪获得的阴极铝箔、电解纸、阳极铝箔依次卷绕成素子，所述方法包括：
通过钉卷机将所述阴极铝箔、阳极铝箔及电解纸按预设尺寸进行裁断，并将阳导针和阴导针分别铆接在所述阴极铝箔与阳极铝箔上；
依次将所述阴极铝箔、第一层电解纸、阳极铝箔及第二层电解纸卷绕成圆形芯包，并在所述圆形芯包的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成素子。
优选地，所述配上胶塞，所述方法包括：
将填充胶注射到所述铝壳主体上的顶部开口处，以得到披覆于所述顶部开口的填充胶密封层；
将披覆有所述填充胶的铝壳主体在高温环境中干燥固化，以使得所述填充胶与胶盖、外壳接触面粘合匹配一体。
优选地，所述电解液包括：溶剂、溶质、添加剂；所述溶剂包括主溶剂与助溶剂；其中，按质量分量组成：主溶剂，50-100份；助溶剂8-25份，溶质，5-15份；及添加剂，2-6份。
优选地，所述主溶剂包括：2-甲基-1,3丙二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一种。
优选地，所述助溶剂包括：γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚中的一种。
优选地，所述溶质包括：五硼酸铵、苯甲酸铵、碳原子数为5-30的直链多元羧酸、碳原子数为5-30的支链多元羧酸铵盐中的至少一种。
优选地，所述添加剂包括：硝基苯酚、聚乙烯醇、烷基磷酸酯、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醚、聚乙二醇中的至少一种。
优选地，所述电解液制备方法包括：
将主溶剂和助溶剂按60%-80%比例混合，获得第一混合溶液，并将所述第一混合溶液加热至40-60℃后保温10-20min，获得第一热混合溶液；
在所述热混合溶液中加入70%-80%比例的溶质后搅拌混合，获得第二混合溶液，并将所述第二混合溶液加热至50-70℃后保温20-30min，获得第二热混合溶液；
在所得的所述第二热混合溶液中加入10%-15%的添加剂后搅拌混合，并冷却至室温，得到所述电解液。
优选地，所述电解液制备方法包括：
将主溶剂和助溶剂分别按75%-90%比例与10%-25%比例混合，以依次获得第一混合溶液与第二混合溶液，并将所述第一混合溶液加热至40-80℃，获得第一热混合溶液；
在所述第一热混合溶液加入10％-20％比例的溶质并搅拌混合，获得第三混合溶液，并将所述第三混合溶液加热至135-145℃后保温20-30min，获得第二热混合溶液；
将所述第二热混合溶液降温至105-115℃，并加入80％-90％比例的溶质后搅拌混合，并保温60-90min，得到第四混合溶液；
将所述第一混合溶液加入所述第四混合溶液后搅拌混合，并冷却至室温，得到所述电解液。
第三方面，本发明提供了一种电子雷管，所述电子雷管包括如第一方面所述的新型电容或第二方面所述制造方法所制备的新型电容：
优选地，所述电子雷管包括：依次电连接的新型电容、保护电路、电子定时器及瞬发电子雷管；
所述电子定时器与所述瞬发电子雷管通过爆破总线进行电连接，所述保护电路为一与所述新型电容与所述电子定时器同时并联的反向稳压二极管。
优选地，所述电子定时器包括：
所述电子定时器具有可识别唯一身份的识别码；所述电子定时器控制所述新型电容的充放电时间；
所述电子定时器在收到引爆指令时按照预设延期序列触发所述新型电容电子开关，所述延期序列与所述新型电容及所述电子定时器等效电阻的充电常数成正比。
优选地，所述新型电容及所述电子定时器等效电阻的充电常数获取方法计算公式：
其中，为标准电压参考值；/>为t时刻放电前电压采样值；/>为t时刻放电后电压采样值；/>为第一充电系数权重值；/>为第二充电系数权重值；/>为电子定时器等效电阻。
有益效果：本发明的新型电容及其制造方法与电子雷管，按预设尺寸将铝箔及电解纸进行裁剪，并将裁剪获得的阴极铝箔、电解纸、阳极铝箔依次卷绕成素子；根据不同ESR参数要求配置导电高分子聚合物电解液，并将所述素子浸泡在含有所述导电高分子聚合物电解液的容器内；对浸泡中的所述素子周期性加载正负压，并将充分浸泡有电解质的所述素子通过组立机台封装至铝壳内，配上胶塞，同时连接外引线并老化形成所述新型电容。由于电子雷管要求储能电容做到容值大、漏电流小、ESR小、低温容衰小、可靠度高，目前市面上的铝电解电容与钽电容均无法同时具备以上所有特性，因此该用于电子雷管领域的半固态电容器，同时具备以上电子雷管所需所有特性，其适用范围广，较钽电容而言经济效益高。解决了钽电容与用于电子雷管领域ESR大，铝电解电容器应用于电子雷管ESR大，低温容衰大等问题。
本发明的新型半固态电容器取代了钽电容在电子雷管领域的应用，并具备优良的应用效果。而采用依次电连接的该新型电容、保护电路、电子定时器及瞬发电子雷管构成的电子雷管，通过芯片的对身份识别码、指令序列、起爆密码的检测，不经过授权及核对不会发生起爆，杜绝“误爆”的发生，提高了安全性，并可杜绝发出起爆指令不起爆的“拒爆”情况使，提升了可靠性。并且，通过对电子雷管的应用的识别，即电子雷管为一次性低频直流充放电的储能元件，因此不需要同时满足传统半固态信赖性长寿命的要求，从而可以让半固态电容特殊用在该领域中，同时半固态电容满足电子雷管要求储能电容做到容值大、漏电流小、ESR小、低温容衰小、可靠度高等一切性能特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1是本发明新型电容制造流程一实施例示意图。
图2是本发明电子雷管应用结构一实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步详细的说明，这是本发明的较佳实施例。应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例技术方案的主要思想：一种新型电容，包括至少一电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔及铝壳；所述阴极铝箔与所述阳极铝箔之间设置有电解纸，所述阴极铝箔、电解纸及阳极铝箔依次卷绕成素子设置；所述素子外部套设一所述铝壳，在所述铝壳容器内有能将所述素子完全浸泡的导电高分子聚合物电解液，所述导电高分子聚合物电解液根据不同ESR参数要求配置；在所述铝壳顶部还设置有一密封胶塞，所述阴极铝箔与所述阳极铝箔分别有两条透过所述密封胶塞的外引电连线。
为了更好的理解上述的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
本发明一实施例提供了一种新型电容，该新型电容具体可以包括如下模块：至少一电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔及铝壳；所述阴极铝箔与所述阳极铝箔之间设置有电解纸，所述阴极铝箔、电解纸及阳极铝箔依次卷绕成素子设置；所述素子外部套设一所述铝壳，在所述铝壳容器内有能将所述素子完全浸泡的导电高分子聚合物电解液，所述导电高分子聚合物电解液根据不同ESR参数要求配置；在所述铝壳顶部还设置有一密封胶塞，所述阴极铝箔与所述阳极铝箔分别有两条透过所述密封胶塞的外引电连线。
在本发明申请实施例中，所述电解液包括：溶剂、溶质、添加剂；所述溶剂包括主溶剂与助溶剂；其中，按质量分量组成：主溶剂，50-100份；助溶剂8-25份，溶质，5-15份；及添加剂，2-6份。进一步地，所述主溶剂包括：2-甲基-1,3丙二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一种；所述助溶剂包括：γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚中的一种；所述溶质包括：五硼酸铵、苯甲酸铵、碳原子数为5-30的直链多元羧酸、碳原子数为5-30的支链多元羧酸铵盐中的至少一种；所述添加剂包括：硝基苯酚、能提升闪火电压的聚乙烯醇、烷基磷酸酯、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醚、聚乙二醇中的至少一种。
实施例二
本发明一实施例提供了一种新型电容制造方法，用于制备如第一方面所述的新型电容，应用于电子雷管，如图1所示，该制造方法具体可以包括如下步骤：
步骤S101，按预设尺寸将铝箔及电解纸进行裁剪，并将裁剪获得的阴极铝箔、电解纸、阳极铝箔依次卷绕成素子；
在本发明申请实施例中，具体地是首先通过钉卷机将所述阴极铝箔、阳极铝箔及电解纸按预设尺寸进行裁断，接着将阳导针和阴导针分别铆接在所述阴极铝箔与阳极铝箔上；然后依次将所述阴极铝箔、第一层电解纸、阳极铝箔及第二层电解纸卷绕成圆形芯包，最后在所述圆形芯包的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成素子。
步骤S102，根据不同ESR参数要求配置导电高分子聚合物电解液，并将所述素子浸泡在含有所述导电高分子聚合物电解液的容器内；
在本发明申请实施例中，所述电解液具体可以包括：溶剂、溶质、添加剂；所述溶剂包括主溶剂与助溶剂；其中，按质量分量组成：主溶剂，50-100份；助溶剂8-25份，溶质，5-15份；及添加剂，2-6份。
进一步，所述主溶剂具体可以包括：2-甲基-1,3丙二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一种；所述助溶剂具体可以包括：γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚中的一种；所述溶质具体可以包括：五硼酸铵、苯甲酸铵、碳原子数为5-30的直链多元羧酸、碳原子数为5-30的支链多元羧酸铵盐中的至少一种；所述添加剂具体可以包括：硝基苯酚、能提升闪火电压的聚乙烯醇、烷基磷酸酯、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醚、聚乙二醇中的至少一种。
在本发明申请的一个可选实施例中，所述电解液制备方法具体可以包括：将主溶剂和助溶剂按60%-80%比例混合，获得第一混合溶液，并将所述第一混合溶液加热至40-60℃后保温10-20min，获得第一热混合溶液；在所述热混合溶液中加入70%-80%比例的溶质后搅拌混合，获得第二混合溶液，并将所述第二混合溶液加热至50-70℃后保温20-30min，获得第二热混合溶液；在所得的所述第二热混合溶液中加入10%-15%的添加剂后搅拌混合，并冷却至室温，得到所述电解液。
在本发明申请的另一可选实施例中，所述电解液制备方法具体可以包括：将主溶剂和助溶剂分别按75%-90%比例与10%-25%比例混合，以依次获得第一混合溶液与第二混合溶液，并将所述第一混合溶液加热至40-80℃，获得第一热混合溶液；在所述第一热混合溶液加入10％-20％比例的溶质并搅拌混合，获得第三混合溶液，并将所述第三混合溶液加热至135-145℃后保温20-30min，获得第二热混合溶液；将所述第二热混合溶液降温至105-115℃，并加入80％-90％比例的溶质后搅拌混合，并保温60-90min，得到第四混合溶液；将所述第一混合溶液加入所述第四混合溶液后搅拌混合，并冷却至室温，得到所述电解液。
需要说明的是，由于硝基苯酚是一种具有吸氢作用的含苯环结构的化合物，能够降低电容器内部压力，可以提高电容器的安全性、稳定性。
值得指出的是，次亚磷酸铵能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降低漏电流，提高稳定性。
最后强调的是，γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚：可以修补氧化膜、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。
取同容值同电压250μF 10V的3种不同电容器5颗在常温下测各电性参数如下：
表一
可知，半固态电容Cap>液态电容Cap>钽电容Cap；半固态电容ESR＜液态电容ESR＜钽电容ESR。
取同容值电压250μF 10V的3种不同电容器5颗在不同温度下测各电性参数如下：
表二
可知，半固态电容高低温各参数特性均优于液态电容和钽电容。
步骤S103，对浸泡中的所述素子周期性加载正负压，并将充分浸泡有电解质的所述素子通过组立机台封装至铝壳内，配上胶塞，同时连接外引线并老化形成所述新型电容。
在本发明申请实施例中，具体地是对浸泡中的所述素子周期性加载正负压，并将充分浸泡有电解质的所述素子通过组立机台封装至铝壳内；将填充胶注射到所述铝壳主体上的顶部开口处，以得到披覆于所述顶部开口的填充胶密封层；将披覆有所述填充胶的铝壳主体在高温环境中干燥固化，以使得所述填充胶与胶盖、外壳接触面粘合匹配一体，同时连接外引线并老化形成所述新型电容。
实施例三
本发明提供了一种电子雷管，所述电子雷管包括一种新型电容，该新型电容具体可以包括如下模块：至少一电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔及铝壳；所述阴极铝箔与所述阳极铝箔之间设置有电解纸，所述阴极铝箔、电解纸及阳极铝箔依次卷绕成素子设置；所述素子外部套设一所述铝壳，在所述铝壳容器内有能将所述素子完全浸泡的导电高分子聚合物电解液，所述导电高分子聚合物电解液根据不同ESR参数要求配置；在所述铝壳顶部还设置有一密封胶塞，所述阴极铝箔与所述阳极铝箔分别有两条透过所述密封胶塞的外引电连线。
在本发明申请实施例中，所述电解液包括：溶剂、溶质、添加剂；所述溶剂包括主溶剂与助溶剂；其中，按质量分量组成：主溶剂，50-100份；助溶剂8-25份，溶质，5-15份；及添加剂，2-6份。进一步地，所述主溶剂包括：2-甲基-1,3丙二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一种；所述助溶剂包括：γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚中的一种；所述溶质包括：五硼酸铵、苯甲酸铵、碳原子数为5-30的直链多元羧酸、碳原子数为5-30的支链多元羧酸铵盐中的至少一种；所述添加剂包括：硝基苯酚、能提升闪火电压的聚乙烯醇、烷基磷酸酯、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醚、聚乙二醇中的至少一种。
需要说明的是，由于硝基苯酚是一种具有吸氢作用的含苯环结构的化合物，能够降低电容器内部压力，可以提高电容器的安全性、稳定性。
值得指出的是，次亚磷酸铵能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降低漏电流，提高稳定性。
最后强调的是，γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚：可以修补氧化膜、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。
取同容值同电压250μF 10V的3种不同电容器5颗在常温下测各电性参数如下：
表一
可知，半固态电容Cap>液态电容Cap>钽电容Cap；半固态电容ESR＜液态电容ESR＜钽电容ESR。
取同容值电压250μF 10V的3种不同电容器5颗在不同温度下测各电性参数如下：
表二
可知，半固态电容高低温各参数特性均优于液态电容和钽电容。
电子雷管是雷管与集成电路技术想结合的产物，目前已经得到了广泛的应用，电子雷管控制模块上一般带有大容量的储能电容，储能电容的电容容量值的确定对起爆非常关键，为了确定储能电容的容量值，现有技术中主要采用的是充电电流计算法：对储能电容进行充电到预定电压值，测量充电过程中的充电电流及到达预定电压所需时间，通过充电电流计算出储能电容的容量；电子雷管的充电电流流较小，随着电容电压变化而变化，造成主机在对电流进行采样的精度不高，最终会造成储能电容的容量值的计算结果误差较大。
在本发明申请一个可选实施例中，如图2所示，所述电子雷管具体可以包括：依次电连接的新型电容、保护电路、电子定时器及瞬发电子雷管；所述电子定时器与所述瞬发电子雷管通过爆破总线进行电连接，所述保护电路为一与所述新型电容与所述电子定时器同时并联的反向稳压二极管。
在本发明申请另一可选实施例中，所述电子定时器具体可以包括：所述电子定时器具有可识别唯一身份的识别码；所述电子定时器控制所述新型电容的充放电时间；所述电子定时器在收到引爆指令时按照预设延期序列触发所述新型电容电子开关，所述延期序列与所述新型电容及所述电子定时器等效电阻的充电常数成正比。
在本发明申请实施例中，所述新型电容及所述电子定时器等效电阻的充电常数获取方法计算公式：
其中，为标准电压参考值；/>为t时刻放电前电压采样值；/>为t时刻放电后电压采样值；/>为第一充电系数权重值；/>为第二充电系数权重值；/>为电子定时器等效电阻。
实施例四
本发明提供了一种电子雷管，所述电子雷管所采用的一种新型电容的具体制造方法步骤如下：
首先，按预设尺寸将铝箔及电解纸进行裁剪，并将裁剪获得的阴极铝箔、电解纸、阳极铝箔依次卷绕成素子；
在本发明申请实施例中，具体地是首先通过钉卷机将所述阴极铝箔、阳极铝箔及电解纸按预设尺寸进行裁断，接着将阳导针和阴导针分别铆接在所述阴极铝箔与阳极铝箔上；然后依次将所述阴极铝箔、第一层电解纸、阳极铝箔及第二层电解纸卷绕成圆形芯包，最后在所述圆形芯包的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成素子。
然后，根据不同ESR参数要求配置导电高分子聚合物电解液，并将所述素子浸泡在含有所述导电高分子聚合物电解液的容器内；
在本发明申请实施例中，所述电解液具体可以包括：溶剂、溶质、添加剂；所述溶剂包括主溶剂与助溶剂；其中，按质量分量组成：主溶剂，50-100份；助溶剂8-25份，溶质，5-15份；及添加剂，2-6份。
进一步，所述主溶剂具体可以包括：2-甲基-1,3丙二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一种；所述助溶剂具体可以包括：γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚中的一种；所述溶质具体可以包括：五硼酸铵、苯甲酸铵、碳原子数为5-30的直链多元羧酸、碳原子数为5-30的支链多元羧酸铵盐中的至少一种；所述添加剂具体可以包括：硝基苯酚、能提升闪火电压的聚乙烯醇、烷基磷酸酯、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醚、聚乙二醇中的至少一种。
在本发明申请的一个可选实施例中，所述电解液制备方法具体可以包括：将主溶剂和助溶剂按60%-80%比例混合，获得第一混合溶液，并将所述第一混合溶液加热至40-60℃后保温10-20min，获得第一热混合溶液；在所述热混合溶液中加入70%-80%比例的溶质后搅拌混合，获得第二混合溶液，并将所述第二混合溶液加热至50-70℃后保温20-30min，获得第二热混合溶液；在所得的所述第二热混合溶液中加入10%-15%的添加剂后搅拌混合，并冷却至室温，得到所述电解液。
在本发明申请的另一可选实施例中，所述电解液制备方法具体可以包括：将主溶剂和助溶剂分别按75%-90%比例与10%-25%比例混合，以依次获得第一混合溶液与第二混合溶液，并将所述第一混合溶液加热至40-80℃，获得第一热混合溶液；在所述第一热混合溶液加入10％-20％比例的溶质并搅拌混合，获得第三混合溶液，并将所述第三混合溶液加热至135-145℃后保温20-30min，获得第二热混合溶液；将所述第二热混合溶液降温至105-115℃，并加入80％-90％比例的溶质后搅拌混合，并保温60-90min，得到第四混合溶液；将所述第一混合溶液加入所述第四混合溶液后搅拌混合，并冷却至室温，得到所述电解液。
最后，对浸泡中的所述素子周期性加载正负压，并将充分浸泡有电解质的所述素子通过组立机台封装至铝壳内，配上胶塞，同时连接外引线并老化形成所述新型电容。
需要说明的是，由于硝基苯酚是一种具有吸氢作用的含苯环结构的化合物，能够降低电容器内部压力，可以提高电容器的安全性、稳定性。
值得指出的是，次亚磷酸铵能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降低漏电流，提高稳定性。
最后强调的是，γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚：可以修补氧化膜、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。
取同容值同电压250μF 10V的3种不同电容器5颗在常温下测各电性参数如下：
表一
可知，半固态电容Cap>液态电容Cap>钽电容Cap；半固态电容ESR＜液态电容ESR＜钽电容ESR。
取同容值电压250μF 10V的3种不同电容器5颗在不同温度下测各电性参数如下：
表二
可知，半固态电容高低温各参数特性均优于液态电容和钽电容。
在本发明申请实施例中，具体地是对浸泡中的所述素子周期性加载正负压，并将充分浸泡有电解质的所述素子通过组立机台封装至铝壳内；将填充胶注射到所述铝壳主体上的顶部开口处，以得到披覆于所述顶部开口的填充胶密封层；将披覆有所述填充胶的铝壳主体在高温环境中干燥固化，以使得所述填充胶与胶盖、外壳接触面粘合匹配一体，同时连接外引线并老化形成所述新型电容。
电子雷管是雷管与集成电路技术想结合的产物，目前已经得到了广泛的应用，电子雷管控制模块上一般带有大容量的储能电容，储能电容的电容容量值的确定对起爆非常关键，为了确定储能电容的容量值，现有技术中主要采用的是充电电流计算法：对储能电容进行充电到预定电压值，测量充电过程中的充电电流及到达预定电压所需时间，通过充电电流计算出储能电容的容量；电子雷管的充电电流流较小，随着电容电压变化而变化，造成主机在对电流进行采样的精度不高，最终会造成储能电容的容量值的计算结果误差较大。
在本发明申请一个可选实施例中，如图2所示，所述电子雷管具体可以包括：依次电连接的新型电容、保护电路、电子定时器及瞬发电子雷管；所述电子定时器与所述瞬发电子雷管通过爆破总线进行电连接，所述保护电路为一与所述新型电容与所述电子定时器同时并联的反向稳压二极管。
在本发明申请另一可选实施例中，所述电子定时器具体可以包括：所述电子定时器具有可识别唯一身份的识别码；所述电子定时器控制所述新型电容的充放电时间；所述电子定时器在收到引爆指令时按照预设延期序列触发所述新型电容电子开关，所述延期序列与所述新型电容及所述电子定时器等效电阻的充电常数成正比。
在本发明申请实施例中，所述新型电容及所述电子定时器等效电阻的充电常数获取方法计算公式：
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其中，为标准电压参考值；/>为t时刻放电前电压采样值；/>为t时刻放电后电压采样值；/>为第一充电系数权重值；/>为第二充电系数权重值；/>为电子定时器等效电阻。
综上所述，本发明实施例提供的一种新型电容，按预设尺寸将铝箔及电解纸进行裁剪，并将裁剪获得的阴极铝箔、电解纸、阳极铝箔依次卷绕成素子；根据不同ESR参数要求配置导电高分子聚合物电解液，并将所述素子浸泡在含有所述导电高分子聚合物电解液的容器内；对浸泡中的所述素子周期性加载正负压，并将充分浸泡有电解质的所述素子通过组立机台封装至铝壳内，配上胶塞，同时连接外引线并老化形成所述新型电容。由于电子雷管要求储能电容做到容值大、漏电流小、ESR小、低温容衰小、可靠度高，目前市面上的铝电解电容与钽电容均无法同时具备以上所有特性，因此该用于电子雷管领域的半固态电容器，同时具备以上电子雷管所需所有特性，其适用范围广，较钽电容而言经济效益高。解决了钽电容与用于电子雷管领域ESR大，铝电解电容器应用于电子雷管ESR大，低温容衰大等问题。而采用依次电连接的该新型电容、保护电路、电子定时器及瞬发电子雷管构成的电子雷管，通过芯片的对身份识别码、指令序列、起爆密码的检测，不经过授权及核对不会发生起爆，杜绝“误爆”的发生，提高了安全性，并可杜绝发出起爆指令不起爆的“拒爆”情况使，提升了可靠性。并且，通过对电子雷管的应用的识别，即电子雷管为一次性低频直流充放电的储能元件，因此不需要同时满足传统半固态信赖性长寿命的要求，从而可以让半固态电容特殊用在该领域中，同时半固态电容满足电子雷管要求储能电容做到容值大、漏电流小、ESR小、低温容衰小、可靠度高等一切性能特点。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。并且，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
还需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种电子雷管，其特征在于，所述电子雷管包括：依次电连接的电容、保护电路、电子定时器及瞬发电子雷管；
所述电子定时器与所述瞬发电子雷管通过爆破总线进行电连接，所述保护电路为一与所述电容与所述电子定时器同时并联的反向稳压二极管；
所述电子定时器具有可识别唯一身份的识别码；所述电子定时器控制所述电容的充放电时间；
所述电子定时器在收到引爆指令时按照预设延期序列触发所述电容电子开关，所述延期序列与所述电容及所述电子定时器等效电阻的充电常数成正比；
所述电容及所述电子定时器等效电阻的充电常数T获取方法计算公式：
T＝[α(V′m-Vm(t))+β(Vm+1(t)-Vm(t))]R
其中，V′m为电压参考值；Vm(t)为t时刻放电前电压采样值；Vm+1(t)为t时刻放电后电压采样值；α为第一充电系数权重值；β为第二充电系数权重值；R为电子定时器等效电阻。
2.根据权利要求1所述的电子雷管，其特征在于，所述电容包括：至少一电解纸、阴极铝箔、阳极铝箔及铝壳；
所述阴极铝箔与所述阳极铝箔之间设置有电解纸，所述阴极铝箔、电解纸及阳极铝箔依次卷绕成素子设置；
所述素子外部套设一所述铝壳，在所述铝壳容器内有能将所述素子完全浸泡的导电高分子聚合物电解液，所述导电高分子聚合物电解液根据不同ESR参数要求配置；
在所述铝壳顶部还设置有一密封胶塞，所述阴极铝箔与所述阳极铝箔分别有两条透过所述密封胶塞的外引电连线；
所述电解液包括：溶剂、溶质、添加剂；所述溶剂包括主溶剂与助溶剂；其中，按质量分量组成：主溶剂，50-100份；助溶剂8-25份，溶质，5-15份；及添加剂，2-6份；
所述主溶剂包括：2-甲基-1,3丙二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一种；
所述助溶剂包括：γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚中的一种；
所述溶质包括：五硼酸铵、苯甲酸铵、碳原子数为5-30的直链多元羧酸、碳原子数为5-30的支链多元羧酸铵盐中的至少一种；
所述添加剂包括：硝基苯酚、聚乙烯醇、烷基磷酸酯、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醚、聚乙二醇中的至少一种。
3.一种电容制造方法，用于制备如权利要求1所述的电容，其特征在于，应用于电子雷管，所述方法包括：
按预设尺寸将铝箔及电解纸进行裁剪，并将裁剪获得的阴极铝箔、电解纸、阳极铝箔依次卷绕成素子；
根据不同ESR参数要求配置导电高分子聚合物电解液，并将所述素子浸泡在含有所述导电高分子聚合物电解液的容器内；
对浸泡中的所述素子周期性加载正负压，并将充分浸泡有电解质的所述素子通过组立机台封装至铝壳内，配上胶塞，同时连接外引线并老化形成所述电容；
所述电解液制备方法包括：
将主溶剂和助溶剂按60％-80％比例混合，获得第一混合溶液，并将所述第一混合溶液加热至40-60℃后保温10-20min，获得第一热混合溶液；
在所述热混合溶液中加入70％-80％比例的溶质后搅拌混合，获得第二混合溶液，并将所述第二混合溶液加热至50-70℃后保温20-30min，获得第二热混合溶液；
在所得的所述第二热混合溶液中加入10％-15％的添加剂后搅拌混合，并冷却至室温，得到所述电解液；
或者所述电解液制备方法包括：
将主溶剂和助溶剂分别按75％-90％比例与10％-25％比例混合，以依次获得第一混合溶液与第二混合溶液，并将所述第一混合溶液加热至40-80℃，获得第一热混合溶液；
在所述第一热混合溶液加入10％-20％比例的溶质并搅拌混合，获得第三混合溶液，并将所述第三混合溶液加热至135-145℃后保温20-30min，获得第二热混合溶液；
将所述第二热混合溶液降温至105-115℃，并加入80％-90％比例的溶质后搅拌混合，并保温60-90min，得到第四混合溶液；
将所述第一混合溶液加入所述第四混合溶液后搅拌混合，并冷却至室温，得到所述电解液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述按预设尺寸将铝箔及电解纸进行裁剪，并将裁剪获得的阴极铝箔、电解纸、阳极铝箔依次卷绕成素子，所述方法包括：
通过钉卷机将所述阴极铝箔、阳极铝箔及电解纸按预设尺寸进行裁断，并将阳导针和阴导针分别铆接在所述阴极铝箔与阳极铝箔上；
依次将所述阴极铝箔、第一层电解纸、阳极铝箔及第二层电解纸卷绕成圆形芯包，并在所述圆形芯包的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成素子。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述配上胶塞，所述方法包括：
将填充胶注射到所述铝壳主体上的顶部开口处，以得到披覆于所述顶部开口的填充胶密封层；
将披覆有所述填充胶的铝壳主体在高温环境中干燥固化，以使得所述填充胶与胶盖、外壳接触面粘合匹配一体。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述主溶剂包括：2-甲基-1,3丙二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一种。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述助溶剂包括：γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚中的一种。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶质包括：五硼酸铵、苯甲酸铵、碳原子数为5-30的直链多元羧酸、碳原子数为5-30的支链多元羧酸铵盐中的至少一种。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述添加剂包括：硝基苯酚、聚乙烯醇、烷基磷酸酯、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、对硝基苯甲酸、对硝基苯甲醚、聚乙二醇中的至少一种。
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