TWI464761B

TWI464761B - High temperature and high spark voltage of the capacitive electrolyte

Info

Publication number: TWI464761B
Application number: TW102116975A
Authority: TW
Original assignee: Lelon Electronics Corp
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-12-11
Also published as: TW201443946A

Description

耐高溫且高火花電壓之電容電解液

本發明主要係揭示一種電解液，尤指具有耐高溫且高火花電壓而能夠增加電容適用性之電容電解液。

請參照我國專利證書號數第M441198號之「改良之捲繞式鋁質電解電容器及偵測改良之捲繞式鋁質電解電容器之導線的正、負極極性之感測器裝置」專利案，其為一種電容器，電容器包括有陽極、陽極箔、陰極、陰極箔及隔離層，陽極連接於陽極箔，陰極連接於陰極箔，陽極箔及陰極箔彼此交疊捲繞形成圓柱狀，隔離層位於陽極箔及陰極箔之間而隔離兩者，電容器還包括有殼體及電解液，電容器的陽極箔及陰極箔浸泡於電解液中而密封於電容器的殼體中，而陽極及陰極的一端分別凸伸出殼體外。

一般來說，電容器中的電解液需要具有高火花電壓、高電導度及高沸點的特性，才能夠增加電容器的適用性及耐用性，並且應降低其中水分的含量，以延長電容器的使用壽命。

然而，電容器的電解液是由多種化學成分所組成，所屬技術領域中並無人有辦法實際製作出具有高火花電壓、高電導度及高沸點的特性的電容器，僅能夠因應不同的使用環境來製作出符合標準的電容器電解液。

並且電容器中的水分是在製作電解液的過程中因不可抗力的因素而產生，水分會在電容溫度升高時蒸發為水蒸氣，而使電容內部壓力升高而變形，最後形成電容爆開而損壞的狀況。

有鑑於上述習知結構之缺失，本發明人乃發明出一種耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其係可克服上述習知結構之所有缺點。

本發明耐高溫且高火花電壓之電容電解液其主要目的在於，提供一種包含有γ-丁內酯、五環硫氧烷、有機羧酸銨鹽、酞酸及烷基聚氧乙烯醚的電解液，γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至52%，五環硫氧烷所佔的重量百分比為5至17%，有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至40%，酞酸所佔的重量百分比為8至25%，烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至4%，γ-丁內酯系列的電解液能表現出高溫度差的適用性，且具有降低電解液的蒸氣壓和低溫環境下操作的特性，五環硫氧烷則能夠提昇電解液的沸點，有機羧酸銨鹽及酞酸皆具有提高電解液之電導度的功效，且有機羧酸銨鹽決定電解液耐火花電壓程度的特性，烷基聚氧乙烯醚能很好的保護陽極箔不被有害的水分所影響。

其他目的、優點和本發明之新穎性將從以下詳細的描述與相關的附圖更加明顯。

有關本發明所採用之技術、手段及其功效，茲舉五較佳實施例並配合表1詳述如後，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種結構之限制。

參照表1所示，為本發明耐高溫且高火花電壓之電容電解液之原料配方表。本發明電解液的成分包含有γ-丁內酯、五環硫氧烷、有機羧酸銨鹽、酞酸和烷基聚氧乙烯醚；其中：

該γ-丁內酯是作為主溶劑，該γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至52%，該γ-丁內酯的沸點為204℃，相較於乙醇系列的電解液，該γ-丁內酯系列的電解液能表現出高溫度差的適用性，且具有降低電解液的蒸氣壓和低溫環境下操作的特性。而該五環硫氧烷是作為副溶劑，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為5至17%，雖然該γ-丁內酯純溶劑的沸點高達204℃，但以其泡製而成之電解液的沸點僅約180℃，故未能有效提升電解液的沸點，必須額外添加更高沸點之溶劑(如：該五環硫氧烷，該五環硫氧烷的沸點為285℃)。

該有機羧酸銨鹽則作為主溶質，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至40%，該有機羧酸銨鹽同時具有提供電解液之電導度及決定電解液耐火花電壓程度的特性，一般而言，電解液中的溶質含量越多時，電解液的電導度越高，相對應之火花電壓則越低。該酞酸是作為副溶質，該酞酸所佔的重量百分比為8至25%，以該酞酸應用於該γ-丁內酯系列的電解液時，由於該酞酸於該γ-丁內酯容劑中具有良好的解離度，因此能夠提升電解液的電導度。

該烷基聚氧乙烯醚是作為界面活性劑，該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至4%，由於該烷基聚氧乙烯醚這類高分子聚合物一個分子中就有多個帶負電荷的極性基團，與電容器中帶正電荷的陽極箔靜電引力大，加之高分子聚合物分子量大，擴散力大，總得吸附能力大，解析不容易，因此能很好的保護陽極箔不被有害的水分所影響。

在本發明耐高溫且高火花電壓之電容電解液的第一個實施例中(如表1中電解液A)，該γ-丁內酯所佔的重量百分比為47至52%、該五環硫氧烷所佔的重量百分比為5至10%、該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至30%、該酞酸所佔的重量百分比為8至15%和該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1%。

經由上述成分混合而成第一個實施例的該電解液能夠獲得的性質為火花電壓為280V、電導度為6.8mS/cm、酸鹼度為6.12、水含量小於1%及沸點為180℃。

在本發明耐高溫且高火花電壓之電容電解液的第二個實施例中(如表1中電解液B)，該γ-丁內酯所佔的重量百分比為40至45%、該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17%、該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至30%、該酞酸所佔的重量百分比為8至15%和該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1%。

經由上述成分混合而成第二個實施例的該電解液能夠獲得的性質為火花電壓為280V、電導度為6.2mS/cm、酸鹼度為6.13、水含量小於1%及沸點為190℃。

在本發明耐高溫且高火花電壓之電容電解液的第三個實施例中(如表1中電解液℃)，該γ-丁內酯所佔的重量百分比為30至35%、該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17%、該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為35至40%、該酞酸所佔的重量百分比為8至15%和該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1%。

經由上述成分混合而成第三個實施例的該電解液能夠獲得的性質為火花電壓為275V、電導度為7.3mS/cm、酸鹼度為5.02、水含量小於1%及沸點為190℃。

在本發明耐高溫且高火花電壓之電容電解液的第四個實施例中(如表1中電解液D)，該γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至25%、該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17%、該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為35至40%、該酞酸所佔的重量百分比為18至25%和該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1%。

經由上述成分混合而成第四個實施例的該電解液能夠獲得的性質為火花電壓為250V、電導度為9.3mS/cm、酸鹼度為5.01、水含量小於1%及沸點為190℃。

在本發明耐高溫且高火花電壓之電容電解液的第五個實施例中(如表1中電解液E)，該γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至25%、該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17%、該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為35至40%、該酞酸所佔的重量百分比為18至25%和該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為2至4%。

經由上述成分混合而成第五個實施例的該電解液能夠獲得的性質為火花電壓為320V、電導度為8.9mS/cm、酸鹼度為5.12、水含量小於1%及沸點為190℃。

由於提高該五環硫氧烷的含量比例，使該電解液的沸點得以提高。而整體的電導度不足時，則能夠藉由同時提高該有機羧酸銨鹽及該酞酸的含量，以增加電導度。當該電解液的火花電壓過低時，則能夠在該電解液中添加界面活性劑，而使該電解液的火花電壓得以提高。為能夠應用於工作電壓200V的電容製品，電解液之耐火花電壓的能力必須高達280V以上。從上述五個實施例中的該電解液的比較中可知，第五個實施例的該電解液同時具有高電導度、高火花電壓極高沸點的性質。

並且在該電解液製造的過程中，各種成分混合的同時可能會導致該電解液中產生水分，以該γ-丁內酯、該五環硫氧烷、該有機羧酸銨鹽、該酞酸和該烷基聚氧乙烯醚所混合而成的該電解液所產生水分所佔的重量百分比小於1%，能夠減少電容器使用的過程中因水分含量過高而損壞的機會，增加該電解液的穩定度。

就以上所述可以歸納出本發明具有以下優點：

1.為本發明耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中電解液包含有γ-丁內酯、五環硫氧烷、有機羧酸銨鹽、酞酸及烷基聚氧乙烯醚，γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至52%，五環硫氧烷所佔的重量百分比為5至17%，有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至40%，酞酸所佔的重量百分比為8至25%，烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至4%，γ-丁內酯系列的電解液能表現出高溫度差的適用性，且具有降低電解液的蒸氣壓和低溫環境下操作的特性，五環硫氧烷則能夠提昇電解液的沸點，有機羧酸銨鹽及酞酸皆具有提高電解液之電導度的功效，且有機羧酸銨鹽決定電解液耐火花電壓程度的特性，烷基聚氧乙烯醚能很好的保護陽極箔不被有害的水分所影響。

惟上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，故舉凡數值之變更或等效元件之置換，或依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範疇。

Claims

一種耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其包含有：γ-丁內酯，該γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至52％；五環硫氧烷，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為5至17％；有機羧酸銨鹽，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至40％；酞酸，該酞酸所佔的重量百分比為8至25％；烷基聚氧乙烯醚，該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至4％。
如請求項1所述之耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中該γ-丁內酯所佔的重量百分比為40至52％，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為5至17％，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至30％，該酞酸所佔的重量百分比為8至15％，而該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1％。
如請求項1所述之耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中該γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至35％，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17％，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為35至40％，該酞酸所佔的重量百分比為8至25％，而該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至4％。
如請求項2所述之耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中該γ-丁內酯所佔的重量百分比為47至52％，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為5至10％，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至30％，該酞酸所佔的重量百分比為8至15％，而該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1％。
如請求項2所述之耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中該γ-丁內酯所佔的重量百分比為40至45％，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17％，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為25至30％，該酞酸所佔的重量百分比為8至15％，該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1％。
如請求項3所述之耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中該γ-丁內酯所佔的重量百分比為30至35％，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17％，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為35至40％，該酞酸所佔的重量百分比為8至15％，而該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1％。
如請求項3所述之耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中該γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至25％，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17％，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為35至40％，該酞酸所佔的重量百分比為18至25％，而該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為0.5至1％。
如請求項3所述之耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中該γ-丁內酯所佔的重量百分比為20至25％，該五環硫氧烷所佔的重量百分比為12至17％，該有機羧酸銨鹽所佔的重量百分比為35至40％，該酞酸所佔的重量百分比為18至25％，而該烷基聚氧乙烯醚所佔的重量百分比為2至4％。
如請求項1至8中任一項所述之耐高溫且高火花電壓之電容電解液，其中該電解液中還包含有水，該水所佔的重量百分比小於1％。