CN116364436A - 一种固液混合型铝电解电容器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固液混合型铝电解电容器的制造方法，它的阴极材料主要由两个部分构成，一个部分是覆盖在氧化铝表面的聚3，4‑乙烯二氧噻吩(PEDOT)导电聚合物，另一部分是吸附在芯子内部的功能性液体。本发明产品采用PEDOT/PSS分散体含浸、原位聚合和功能性液体含浸等步骤制备而成，结合了分散体和原位聚合的双重优点，改进了分散体和功能性液体原有配方成分。所述分散体包括PEDOT/PSS聚合物悬浮液和添加剂，所述功能性液体成分包括溶剂、溶质、耐高温稳定剂；通过该技术方案可以有效地改善产品的耐温性，从而得到耐高温性能优异的固态铝电解电容器。

Description

一种固液混合型铝电解电容器的制造方法

技术领域

本发明属于固态铝电解电容器的技术领域，具体涉及一种固液混合型电解电容器的制造方法。

背景技术

电容器作为现代重要电子元器件组件之一，在需求量高速增长的电子工业发展地位日益提高，而铝电解电容器凭借其优异的性能、低廉的价格、广泛的用途，使其在全球范围得到青睐，特别是在汽车、信息和电信、工业设备和节能家用电器等增长领域。

汽车正经历着电气化转型，进展更加迅速。由于电气化，电子控制单元(ECU)的数量正在增加，单辆汽车中使用的电容器数量也在上升：ECU中使用的电容器非常需要比以往尺寸更小、容值更高的电容器，并具有更低的ESR和更高的纹波电流。在信息和通信领域，随着第五代移动通信系统5G的普及，5G通信标准的覆盖范围比4G更窄，因此需要更多的基站，从城市地区到气候条件恶劣的偏远地区，安装在这类设备中的电子元件必须是紧凑的、耐高温的，并且需要很长的使用寿命。

传统液态电容器使用电解质作为阴极材料，在修复氧化铝薄膜方面具有优异的性能，使其有可能实现高电压产品。然而，电解液具有低导电性和高的温度依赖性，导致电容器的ESR很高，在低温范围内的特性变化很大；而固态铝电容器使用具有优良电子导电性的导电聚合物作为阴极材料，以实现低电阻、高纹波电流和优良温度特性。为了满足汽车和基站等设备的技术要求，我们将固态铝电容器和液态铝电容器的优缺点进行结合，设计出一种新型的混合型铝电解电容器制造方法，主要是应用在汽车和工业设备领域。

目前行业内固液混合型铝电解电容器生产制造厂商大多采取分散体加功能性液体方案，其高温负荷寿命较差，这主要是由于在高温状态下，功能性液体的小分子胺类物质易挥发，会导致体系PH下降，从而导致电容器在高温下容易出现腐蚀而失效的现象；此外，由于分散体中导电聚合物的有效含量很低，这样在高温长时间负荷状态下ESR容易出现劣化的现象，导致产品不符合应用端高温寿命要求。目前，国外松下电器(中国)有限公司旗下ZF型固液混合型铝电解电容器在150℃负荷下寿命公布为1000小时，达不到工业领域普遍要求的2000小时寿命要求，尼吉康RKS系列铝固态电容器在125℃直流负荷下寿命保持在3000小时，限制其在耐温要求更高的领域应用。因此，研究出一种耐高温性能优异的固液混合型铝电解电容器的制造方法具有重要应用意义。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种固液混合型电解电容器的制造方法，可以有效地改善产品的耐温性，从而得到耐高温性能优异的固液混合型电容器。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种固液混合型铝电解电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将铝箔和电解纸裁切后，进行钉卷、熔接和化成，得到芯子；

步骤2：将芯子含浸于PEDOT/PSS分散体中处理，含浸后进行烘烤干燥处理；

步骤3：将步骤(2)获得的芯子浸入到3，4-乙烯二氧噻吩的醇类单体溶液中，含浸后取出烘干；

步骤4：将步骤(3)获得的芯子浸入到对甲苯磺酸铁的氧化剂溶液中，含浸后取出高温聚合；

步骤5：将步骤(4)获得的芯子浸入到功能性液体中，含浸完成后得到含有导电聚合物和功能性液体的芯子；

步骤6：将步骤(5)获得的芯子与铝壳进行封口组立，然后经过清洗工序，得到固液混合型铝电解电容器。

步骤7：将清洗完成的电容器，送入老化机进行老化，老化完成得到固液混合型铝电解电容器产品。

进一步地，所述步骤(2)中的分散体除PEDOT/PSS悬浮液外，还含有十聚单油酸酯、四硬脂酸酯、五聚甘油双油酸酯、聚甘油乳酸酯其中一种或两种以上的混合物。

进一步地，所述步骤(2)中的分散体溶质占溶液的质量分数为6～10％；其中权利要求2所述聚甘油类添加剂所占质量分数为2～6％。

进一步地，所述步骤(5)中的功能性液体添加剂为磷酸三甲苯酯(TCP)、磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三辛酯(TOP)、磷酸二苯一辛酯(DPOP)其中一种或两种以上的混合物。

进一步地，所述步骤(5)中的功能性液体溶质占溶液的质量分数为10～25％；其中权利要求4所述磷酸酯类添加剂所占质量分数为4～9％。

进一步地，所述步骤(2)中的含浸循环次数为2～5次。

进一步地，所述的步骤(2)中的含浸真空度为-100～-85kPa。

(3)有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的固液混合型铝电解电容器的制造方法，结合了分散体与原位聚合各自的优势，采用先含浸分散体引出部分容量，再进行原位聚合即单体/氧化剂含浸的方法，使得铝箔表面先由分散体中导电聚合物均匀覆盖，外层由原位聚合形成的导电聚合物覆盖，这样形成的导电聚合物更加致密，具有长时间高温环境下ESR变化率较低的特点；此外，分散体中添加聚甘油类腐蚀抑制剂可在铝箔表面形成保护膜，降低或延缓铝箔高温酸腐蚀速度，从而提高电容器的高温寿命；同理，功能性液体中添加磷酸酯类，可以在氧化铝表面活性位点进行化学吸附，其所带的烷基覆盖在氧化铝表面上组成了一种化学吸附膜，阻止了杂质离子向阳极箔扩散而使氧化铝得到了保护；另外，因其沸点较高，从而提高功能性液体高温下的稳定性，因此其高温寿命得到进一步延长。

附图说明

为了更能清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中描述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制造工艺流程图，对于本领域普通技术人员来说，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。

图1为本发明为一种固液混合型铝电解电容器的制造方法流程图。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。

为便于理解，本申请实施例以及对比例以25V560，10*16.5型号的固液混合型铝电解电容器的制备过程为例进行说明。

实施例1

(1)将正极箔和负极箔裁切至10mm宽度，电解纸为11mm宽度，钉卷成芯子，并将芯子焊接在不锈钢条上，然后通电分段化成,最后得到化成后的芯子；

(2)将化成后的芯子放入密封容器中对分散液进行加压含浸，得到含浸后的芯子，其中PEDOT/PSS的分散液的质量分数范围为6～10％，聚甘油类添加剂占质量分数4％；

(3)对含浸后的芯子进行烘干，烘干的温度为150℃，烘干的时间为60min，得到烘干的芯子；

(4)重复步骤(2)、(3)三次，在铝箔表面形成第一层导电聚合物；

(5)将烘干的芯子含浸3，4-乙烯二氧噻吩单体醇溶液，取出并烘干，接着浸入对甲苯磺酸铁氧化剂溶液，再取出后高温聚合，经过一段时间的高温原位聚合在铝箔表面形成第二层导电聚合物；

(6)将聚合后的芯子含浸功能性液体，真空度为-95kPa，时间为5min，功能性液体为混合溶液，除乙二醇、γ-丁内酯、环丁砜、电解质外，还含有磷酸酯类高温稳定剂，添加剂占总质量分数7％，得到含浸功能性液体后的芯子；

(7)将含浸功能性液体后的芯子进行封口组立，再进行清洗工序；

(8)将清洗完成后的电容器进行充电老化，得到固液混合型铝电解电容器。

实施例2

与实施例1不同的是分散体中聚甘油类添加剂所占质量分数为2％。

实施例3

与实施例1不同的是分散体中聚甘油类添加剂所占质量分数为6％。

实施例4

与实施例1不同的是功能性液体中磷酸酯类添加剂所占质量分数为5％。

实施例5

与实施例1不同的是功能性液体中磷酸酯类添加剂所占质量分数为9％。

对比例1

与实施例1不同的是取消步骤(5)。

对比例2

与实施例1不同的是取消步骤(2)中聚甘油类添加剂加入。

对比例3

与实施例1不同的是取消步骤(6)中磷酸酯类添加剂加入。

为减小实验误差，每个实施例的测试数量为100个，且测试结果取平均值。对得到的固液混合型铝电解电容器的性能进行测试，初期特性测试为120Hz测试电容和损耗、100kHz测试ESR，将施加额定电压1分钟后的漏电流值为10μA以上的电容器作为不良品。为了评价长期可靠性，一边施加额定电压一边以150℃保持2000小时之后确认容量和ESR的增加量(ΔC和ΔESR)。容量变化率和ESR变化率以增加量(ΔC和ΔESR)相对于初始值(C₀和ESR₀)之比(ΔC/C₀和ΔESR/ESR₀)来表示。高温寿命测试则是在施加额定电压下150℃的环境下经过2000小时后测试三参数和漏电流变化情况，容量变化率超过±20％、ESR变化率超过200％统称为不良品，测试结果详见表一中数据。

表1各实施例与对比例的检测结果

本发明制造方法各实施例与对比例1所制得的电容器相比，在分散体含浸后进一步增加单体和氧化剂的聚合，可形成更加致密的聚合物层，可以有效地降低电容器在长时间高温环境下ESR的变化率。

本发明制造方法各实施例与对比例2所制得的电容器相比，在分散体中添加聚甘油类高分子聚合物，可以在铝箔表面形成保护膜，降低高温酸腐蚀发生速率，可以明显改善产品的高温环境下的失效率。

本发明制造方法各实施例与对比例3所制得的电容器相比，在功能性液体中添加磷酸酯类化合物，因其不易挥发且能抑制铝箔的水合作用，可以明显改善产品在高温环境下的失效率。

综上所述，本发明的固液混合型铝电解电容器制造方法可以有效地改善产品的耐温性，从而得到耐高温性能优异的固态电解电容器。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所覆盖。

Claims (7)

1.一种固液混合型铝电解电容器的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1：将铝箔和电解纸裁切后，进行钉卷、熔接和化成，得到芯子；

步骤2：将芯子含浸于PEDOT/PSS分散体中，含浸后进行烘烤干燥处理；

步骤3：将步骤(2)获得的芯子浸入到3，4-乙烯二氧噻吩的醇类单体溶液中，含浸后取出干燥；

步骤4：将步骤(3)获得的芯子浸入到对甲苯磺酸铁的氧化剂溶液中，含浸后取出高温聚合；

步骤5：将步骤(4)获得的芯子浸入到功能性液体中，含浸完成后得到含有导电聚合物和功能性液体的芯子；

步骤6：将步骤(5)获得的芯子与铝壳进行封口组立，然后经过清洗工序，得到固液混合型铝电解电容器。

步骤7：将清洗完成的电容器，送入老化机进行老化，老化完成得到固液混合型铝电解电容器产品。

2.根据权利要求1所述的分散体除PEDOT/PSS悬浮液外，还含有十聚单油酸酯、四硬脂酸酯、五聚甘油双油酸酯、聚甘油乳酸酯其中一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的分散体溶质占溶液的质量分数为6～10％；其中权利要求2所述聚甘油类添加剂所占质量分数为2～6％。

4.根据权利要求1所述的功能性液体添加剂为磷酸三甲苯酯(TCP)、磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三辛酯(TOP)、磷酸二苯一辛酯(DPOP)其中一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的功能性液体溶质占溶液的质量分数为10～25％；其中权利要求4所述磷酸酯类添加剂所占质量分数为4～9％。

6.根据权利要求1所述的步骤(2)中的含浸循环次数为2～5次。

7.根据权利要求1所述的步骤(2)中的含浸真空度为-100～-85kPa。

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