TWI575546B - Aluminum Electrolytic Capacitors Electrolyte and Aluminum Electrolytic Capacitors - Google Patents

Description

鋁電解電容器電解液與鋁電解電容器

本發明涉及電化學領域，具體涉及鋁電解電容器電解液與鋁電解電容器。

電容器是一種儲能元件，在電路中用於調諧、濾波、耦合、旁路、能量轉換和延時。鋁電解電容器的特點是容量大，但是漏電大，誤差大，穩定性差，常用作交流旁路和濾波，在要求不高時也用於信號耦合。鋁電解電容器的典型結構是由鋁圓筒做負極，裡面裝有液體電解質，插入一片彎曲的鋁帶做正極。其芯子是由陽極鋁箔、浸有電解液的襯墊紙、陰極鋁箔、天然氧化膜等重疊捲繞而成的，芯子含浸電解液後用鋁殼和膠蓋密閉起來就構成一個電解電容器。其中，鋁電解電容器電解液經歷了以下的發展歷程：

(1)硼酸+乙二醇體系：該體系為鋁電解電容器早期使用的電解液．這樣的電解液中的乙二醇和硼酸之間由於酯化反應生成大量的縮合水、造成電解液系統內部的水分含量升高、其結果在超過100℃的使用溫度條件下使用該電解液時，電解液中的水將變成水蒸氣而蒸發，隨之電解電容的元件內壓升高，難免產生所謂的破壞問題，該體系無法應用在高溫環境，現已基本被淘汰。

(2)直鏈羧酸鹽+乙二醇體系：採用含有壬二酸、癸二酸、十二烷二酸等直鏈型飽和二羧酸或其鹽作為電解質的電解液，這是目前國內廣泛使用的體系，但直鏈羧酸鹽在低溫下有結晶析出的現象，影響了電容器的低溫性能，並且直鏈羧酸鹽體系的電導率變化大，電容器損耗變化大，這些問題都制約著電容器性能的進一步提高。

(3)支鏈羧酸鹽+乙二醇體系：國外廠商多使用支鏈羧酸鹽作為主電解質。相對比於直鏈羧酸，支鏈羧酸中側鏈基團的引入，使其在高溫條件下抑制酯化的能力加強，從而提高了高溫穩定性：而且由於側鏈 上基團的空間位阻作用以及烷氧基團的極化作用，使其在乙二醇中的溶解度增加，從而改善其低溫性能，支鏈羧酸鹽的溶解度和熱穩定性均優於直鏈羧酸鹽，能製造出性能更優異的電容器產品。

中國專利申請201110100364.3公佈號CN102254690 A，其公開了一種驅動用高壓工作電解液，其採用乙二醇為溶媒，以2,2,4-三甲基己二酸與2,4,4-三甲基己二酸的混合酸及其鹽為主電解質，添加各種添加劑配置成電解液。使用該電解液，閃火電壓為380-410V，耐高溫高長壽，125℃壽命試驗2000h以上。但是，該電解液閃火電壓不高。

本發明的目的在於提供一種高閃火電壓，熱穩定性優異的鋁電解電容器電解液。同時，本發明還提供使用上述電解液製備的鋁電解電容器。

為實現上述第一個發明目的本發明一種鋁電解電容器電解液，其特徵在於，包括以下成份：有機溶劑；2-己基己二酸銨或2-己基己二酸與其銨鹽的組合；上述成分在電解液中的總含量折合成2-己基己二酸計為鋁電解電容器電解液總質量的1~30%；若添加量少於鋁電解電容器電解液總質量的1%，則起不到提高閃火電壓及熱穩定性的作用；若濃度超過鋁電解電容器電解液總質量的30%，則低溫下的電解電容器的特性下降。

本發明中所述電解液中可以包含2-己基己二酸的銨鹽，還可以同時包含2-己基己二酸與其銨鹽，為統一並方便不同配方下，各成份的含量比例，在本發明中2-己基己二酸銨的含量在計算時折合成等物質的量的2-己基己二酸來計算質量百分比。

電解液中可以含以下成份之一或其組合：成份a：8-11個碳原子的二元羧酸的銨鹽，或該羧酸與其銨鹽的組合，成份b：含4-7個碳原子的單羧酸的銨鹽，或該羧酸與其銨鹽的組合，成份c：硼酸的銨鹽，或硼酸與其銨鹽的組合。按同樣的含量計量方法，上述成份a、b、c或其組合的總含量按其所對應的等物質的量的羧酸或硼酸的含量計，為鋁電解電容器電解液總質量的1~5%。

作為本發明的優選方案，所述2-己基己二酸或其銨鹽的含量折合成2-己基己二酸計為鋁電解電容器電解液總質量的2.5~10%。

作為本發明的優選方案，所述鋁電解電容器電解液還含有消氫劑。

作為本發明的更優選方案，所述消氫劑選自對硝基苯甲酸、對硝基苯甲醇、間硝基乙醯苯、鄰硝基苯甲醚中的一種或多種。由於這些化合物中的硝基具有還原性，因此能夠起吸收氫氣的作用。

更進一步地，所述消氫劑的含量為鋁電解電容器電解液總質量的0.1-5%。進一步優選為0.1~0.5%。

作為本發明的優選方案，所述鋁電解電容器電解液還含有抑制漏電流和提升化成性能的添加劑。

作為本發明的更優選方案，所述抑制漏電流和提升化成性能的添加劑選自以下化合物的一種或多種：磷酸、亞磷酸、次亞磷酸、磷酸單酯及前述化合物的銨鹽(也就是說，在電解液中可以含有上述酸或單酯化合物，也可以含有上述酸或單酯化合物的銨鹽，還可以同時含有上述酸或單酯化合物及其銨鹽)。當這些化合物吸附在電極箔上時，可以在不損害電容器性能的條件下抑制電極箔與水的反應。

更進一步地，所述抑制漏電流和提升化成性能的添加劑的含量折合成其所對應的等物質的量的酸或單酯計為鋁電解電容器電解液總質量的0.1-1.0%。

作為本發明的優選方案，含8-11個碳原子的直鏈二元羧酸選自辛二酸銨、壬二酸銨、葵二酸銨、十二雙酸銨中的一種或多種。

作為本發明的優選方案，所述有機溶劑為乙二醇或γ丁內酯。

此外，本發明還提供一種鋁電解電容器，所述鋁電解電容器中的電解液採用本發明所述的鋁電解電容器電解液。

本發明提供的電解液具有更高的閃火電壓和更好的熱穩定性，而且，本發明所述的2-己基己二酸及其銨鹽在乙二醇中有更好的溶解性，含有該電解液的鋁電解電容器具有耐電壓高，電容器壽命長的優點。2-己基己二酸及其銨鹽，含8-11個碳原子的二元羧酸銨鹽，或含4-7個碳原 子的單羧酸銨鹽二者起協同作用，更進一步的提升電解液的電容器特性。

為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式詳予說明。

實施例1

將2-己基己二酸與其銨鹽(5%，即占電解液總重量的5%，下面各實施例涉及類似表述的就不再累述)溶於乙二醇形成溶液，再依次加入對硝基苯甲酸(0.2%)及次亞磷酸(0.2%)，密封於不銹鋼瓶中，在105℃下恆溫。

實施例2

將2-己基己二酸與其銨鹽(2.5%)溶於乙二醇形成溶液，再依次加入癸二酸銨(2.5%)和對硝基苯甲醇(0.1%)及次亞磷酸(0.1%)，密封於不銹鋼瓶中，在105℃下恆溫。

實施例3

將2-己基己二酸與其銨鹽(4%)溶於乙二醇形成溶液，再依次加入壬二酸氫銨(1%)和間硝基乙醯苯(0.5%)及次亞磷酸(0.1%)，密封於不銹鋼瓶中，在105℃下恆溫。

實施例4

將2-己基己二酸與其銨鹽(3%)溶於乙二醇形成溶液，再依次加入十二雙酸銨(2%)和鄰硝基苯甲醚(0.3%)及磷酸單酯(0.1%)，密封於不銹鋼瓶中，在105℃下恆溫。

實施例5

將2-己基己二酸與其銨鹽(3%)溶於乙二醇形成溶液，再依次加入己酸銨(4%)和鄰硝基苯甲醚(0.3%)及次亞磷酸(0.1%)，密封於不銹鋼瓶中，在105℃下恆溫。

實施例6

將2-己基己二酸與其銨鹽(3%)溶於乙二醇形成溶液，再依次加入庚酸銨(4%)和鄰硝基苯甲醚(0.3%)及磷酸單酯(0.1%)，密封於不銹鋼瓶 中，在105℃下恆溫。

實施例7

將2-己基己二酸與其銨鹽(1%)溶於乙二醇形成溶液，再依次加入辛二酸銨(5%)，對硝基苯甲醇(2%)及磷酸(0.3%)，密封於不銹鋼瓶中，在105℃下恆溫。

實施例8

將2-己基己二酸與其銨鹽(30%)溶於乙二醇形成溶液，再依次加入癸二酸氫銨(1%)，對硝基苯甲醇(5%)及亞磷酸銨(0.5%)，密封於不銹鋼瓶中，在105℃下恆溫。

對比例1

將葵二酸銨(5%)溶於乙二醇形成溶液，再加入次亞磷酸銨(0.2%)和對硝基苯甲酸(0.2%)，密封在不銹鋼瓶內，在105℃下恆溫。

對比例2

將十二雙酸銨(5%)溶於乙二醇形成溶液，再加入鄰硝基苯甲醚(0.3%)及磷酸單丁酯(0.1%)密封在不銹鋼瓶內，在105℃下恆溫。

對比例3

將己酸銨(4%)溶於乙二醇形成溶液，再加入十二雙酸銨(4%)和鄰硝基苯甲醚(0.3%)及次亞磷酸銨(0.1%)密封在不銹鋼瓶內，在105℃下恆溫。

將上述各實施例與對比例按照慣常的技術手段進行各項指標測試，所得結果如表1與表2： *表中溶質1中2-己基己二酸與其銨鹽的含量計算為二者按物質的量折合成等量的2-己基己二酸然後計算其在電解液中的質量百分比。溶質2與添加劑2的含量計算方式雷同，在此不在累述。

從上述兩表可以看出，本發明中使用2-己基己二酸與其銨鹽作為主溶質的鋁電解電容器電解液，在電導率及電導率保持率等指標上與現有的電解液相比具有較大的提升。

將本發明實施例1~8和對比例1~3所對應的電解液分別製成400V，10μF的鋁電解電容器，經過105℃高溫壽命試驗後，得到如表3所示資料。

從上表可以看出，實施例1~8和對比例1~3製作的電容器初始值相差不大，經過105℃，2000h壽命試驗後，對比例1~3所對應的電容器DF值上升很大，而實施例1~8所對應的電容器則有著較好的熱穩定性。

以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍。

Claims (9)

1. 一種鋁電解電容器電解液，其特徵在於，包括以下成份：有機溶劑；2-己基己二酸銨或2-己基己二酸與其銨鹽的組合，所述2-己基己二酸銨或2-己基己二酸與其銨鹽組合的含量折合成2-己基己二酸計為鋁電解電容器電解液總質量的1~30%；所述鋁電解電容器電解液還包括下列酸所對應的銨鹽或下列酸與其銨鹽的組合：含8-11個碳原子的二元羧酸，或含4-7個碳原子的單羧酸，或硼酸，上述成份的總含量折合成所對應的酸計為鋁電解電容器電解液總質量的1~5%；含8-11個碳原子的二元羧酸選自辛二酸銨、壬二酸銨、葵二酸銨、十二雙酸銨中的一種或多種；以及所述有機溶劑為乙二醇或γ-丁內酯。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之鋁電解電容器電解液，其特徵在於，所述鋁電解電容器電解液還包括下列酸所對應的銨鹽或下列酸與其銨鹽的組合：含8-11個碳原子的二元羧酸，或含4-7個碳原子的單羧酸，或硼酸，上述成份的總含量折合成所對應的酸計為鋁電解電容器電解液總質量的1~5%。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之鋁電解電容器電解液，其特徵在於，所述2-己基己二酸銨或2-己基己二酸與其銨鹽的組合的含量折合成2-己基己二酸計為鋁電解電容器電解液總質量的2.5~5%。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之鋁電解電容器電解液，其特徵在於，所述鋁電解電容器電解液還含有消氫劑。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之鋁電解電容器電解液，其特徵在於，所述消氫劑選自對硝基苯甲酸、對硝基苯甲醇、間硝基乙醯苯、鄰硝基苯甲醚 中的一種或多種，所述消氫劑的含量為鋁電解電容器電解液總質量的0.1-5%。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之鋁電解電容器電解液，其特徵在於，所述消氫劑的含量為鋁電解電容器電解液總質量的0.1-0.5%。
7. 根據申請專利範圍第2項所述之鋁電解電容器電解液，其特徵在於，所述鋁電解電容器電解液還含有抑制漏電流和提升化成性能的添加劑。
8. 一種由申請專利範圍第7項所述之鋁電解電容器電解液，其特徵在於，所述抑制漏電流和提升化成性能的添加劑選自以下化合物的一種或多種：磷酸、亞磷酸、次亞磷酸、磷酸單酯或前述化合物的銨鹽，所述抑制漏電流和提升化成性能的添加劑的含量折合成其所對應的酸或單酯計為鋁電解電容器電解液總質量的0.1-0.5%；所述鋁電解電容器電解液還包括下列酸所對應的銨鹽或下列酸與其銨鹽的組合：含8-11個碳原子的二元羧酸選自辛二酸銨、壬二酸銨、葵二酸銨、十二雙酸銨中的一種或多種；以及所述有機溶劑為乙二醇或γ-丁內酯。
9. 一種鋁電解電容器，其特徵在於，所述鋁電解電容器中的電解液為申請專利範圍第1-8項任一項所述之鋁電解電容器電解液。