WO2005022570A1 - Papierlaminat für einen elektrolytkondensator - Google Patents
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- H01G9/02—Diaphragms; Separators
Definitions
- the present invention relates to a paper laminate for an electrolytic capacitor, in particular for an aluminum electrolytic capacitor, according to the preamble of claim 1.
- Foil electrolytic capacitors are usually manufactured by concentrically winding a pair of foils made of a metal, such as aluminum, and a separating material into a compact roll and then saturating the separating material with an electrolyte, after which the roll is placed in a housing.
- An electrolytic capacitor paper is used as the separating material, as is known, for example, from DE 28 06932 C2. This is made in one layer with a thickness of 50 ⁇ m and a bulk density of 0.413 g / cm 3 .
- the maximum operating voltage with which the electrolytic capacitor may be operated depends on the one hand on a suitably designed anode foil and on the other hand on the dielectric strength / dielectric strength of the paper spacer.
- thick, high-density absorption papers are required.
- High-density papers are papers with a specific weight of more than 0.75 g / cm 3 . Papers with a thickness of up to 100 ⁇ m have proven to be particularly favorable for the production of electrolytic capacitors with a high operating voltage of 500 V to 600 V.
- the invention has for its object a paper laminate of the above. Type in such a way that this electrolytic capacitor with operating voltages of 750V or higher can be produced in a simple and inexpensive manner.
- the paper laminate comprises at least two paper layers with an identical density and thickness, the paper layers having a thickness in the range from 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, in particular 25 ⁇ m, and a density in the air-dry state of at least 0.75 g / cm 3 , in particular 0.8 g / cm 3 .
- an adhesive substrate is arranged in the dried state between each two paper layers.
- This paper laminate has improved process capability in the production of electrolytic capacitors and that the paper layers are quickly impregnated by microchannels which result from the adhesive substrate.
- electrolytic capacitors for operating voltages of 750 V and more.
- the adhesive substrate is designed such that, in the dry state, it adhesively connects adjacent paper layers to one another and, upon contact with an electrolyte, changes into the fluid state and penetrates into the adjacent paper layers, the adhesive substrate impregnating the adjacent paper layers.
- the adhesive substrate is preferably polyvinyl alcohol (PVA) or contains PVA as a component or is cellulose-based glue.
- PVA polyvinyl alcohol
- Fig. 1 shows a first preferred embodiment of a paper laminate according to the invention in a schematic sectional view
- Fig. 2 shows a second preferred embodiment of a paper laminate according to the invention in a schematic sectional view.
- FIG. 1 shows a first preferred embodiment of an electrolytic capacitor paper designed according to the invention in the form of a paper laminate with two paper layers 10 and 12. All paper layers 10, 12 have an identical density in the air-dry state of 0.8 g / cm 3 and an identical thickness of 25 ⁇ m, so that the electrolytic capacitor paper formed by the paper layers 10, 12 has a total thickness of approximately 50 ⁇ m.
- a layer 18 of a polyvinyl alcohol substrate (PVA substrate) is arranged in a dried state between the paper layers 10 and 12. The layer 18 of the PVA substrate bonds the adjacent paper layers 10 and 12 to one another and at the same time forms a thin and evenly distributed microchannel between the paper layers 10 and 12.
- PVA substrate polyvinyl alcohol substrate
- FIG. 2 shows a second preferred embodiment of an electrolytic capacitor paper designed according to the invention in the form of a paper laminate with four paper layers 10, 12, 14 and 16. All paper layers 10, 12, 14 and 16 have an identical density in the air-dry state of 0.8 g / cm 3 as well as an identical Thickness of 25 microns, so that the electrolytic capacitor paper formed by the paper layers 10, 12, 14 and 16 has a total thickness of about 100 microns.
- a layer 18 of a polyvinyl alcohol substrate (PVA substrate) is arranged in the dried state in each case between the paper layers 10 and 12, 12 and 14 and also 14 and 16.
- Each layer 18 of the PVA substrate bonds the adjacent paper layers 10 and 12, 12 and 14 or 14 and 16 to one another and at the same time forms a thin and evenly distributed microchannel between the paper layers 10 and 12, 12 and 14 and 14 and 16 , Thus, three microchannels are formed in the preferred embodiment of the electrolytic capacitor paper shown.
- the PVA substrate has the property that, upon contact with a liquid electrolyte 20, it changes to the fluid state and penetrates into the adjacent paper layers and impregnates them. In addition, PVA is often already part of the electrolyte 20.
- the microchannels formed by the PVA substrate 18 produce a capillary action, so that the liquid electrolyte 20 is sucked through the microchannels between the paper layers 10, 12, 14 and 16 and distributed evenly.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Papierlaminat für einen Elektrolytkondensator, insbesondere für einen Aluminium-Elektrolytkondensator. Hierbei umfasst das Papierlaminat wenigstens zwei Papierlagen mit identischer Dichte und Dicke, wobei die Papierlagen eine Dicke im Bereich von 10 µm bis 50 µm sowie eine Dichte im lufttrockenen Zustand von wenigstens 0,75 g/cm3 aufweisen.
Description
Papierlaminat für einen Elektrolvtkondensator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Papierlaminat für einen Elektrolytkondensator, insbesondere für einen Aluminium-Elektrolytkondensator, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Folien-Elektrolytkondensatoren werden gewöhnlich dadurch hergestellt, dass ein Folienpaar aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, und ein Trennmaterial konzentrisch zu einer kompakten Rolle aufgewickelt und anschließend das Trennmaterial mit einem Elektrolyt gesättigt wird, woraufhin die Rolle in ein Gehäuse eingebracht wird. Als Trennmaterial wird ein Elektrolytkondensatorpapier verwendet, wie es beispielsweise aus der DE 28 06932 C2 bekannt ist. Dieses ist einlagig mit einer Dicke von 50 μm und einer Rohdichte von 0,413 g/cm3 ausgebildet.
Die maximale Betriebsspannung, mit der der Elektrolytkondensator betrieben werden darf, hängt zum einen von einer entsprechend ausgebildeten Anodenfolie und zum anderen von der Spannungsfestigkeit/Durchschlagsicherheit des Papierabstandhalters ab. Für Elektrolytkondensatoren mit hoher Durchschlagssicherheit werden dicke Absorptionspapiere mit hoher Dichte benötigt. Hochdichte Papiere sind solche mit einem spezifischen Gewicht von mehr als 0,75 g/cm3. Als besonders günstig für die Herstellung von Elektrolytkondensatoren mit einer hohen Betriebsspannung von 500 V bis 600 V haben sich Papiere mit einer Dicke von bis zu 100 μm herausgestellt. Papiere einer solchen Dicke mit mindestens 0,75 g/cm3 Rohdichte lassen sich jedoch nur schlecht imprägnieren, d.h. mit dem Elektrolyt sättigen bzw. nehmen den flüssigen
Elektrolyten nur mit einigen Schwierigkeiten und nicht genügend gleichmäßig auf. Dies ist beispielsweise bei Aluminiumoxid-Elektrolytkondensatoren besonders nachteilig, bei der eine Aluminiumoxidschicht als Dielektrikum dient und der Elektrolyt einen entsprechenden lonenstrom zur Regeneration der Aluminiumoxidschicht sicherstellen soll. Falls jedoch der Elektrolyt nicht gleichmäßig verteilt ist, kommt es ggf. zu einer lokalen Beschädigung der Aluminiumoxidschicht, was zu einem Spannungsdurchschlag und damit einer entsprechenden Fehlfunktion des Elektrolytkondensators führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Papierlaminat der o.g. Art derart auszugestalten, dass mit diesem Elektrolytkondensatoren mit Betriebsspannungen von 750V oder höher auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Papierlaminat der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei einem Papierlaminat der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Papierlaminat wenigstens zwei Papierlagen mit identischer Dichte und Dicke umfasst, wobei die Papierlagen eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm, insbesondere 25 μm, sowie eine Dichte im lufttrockenen Zustand von wenigstens 0,75 g/cm3, insbesondere 0,8 g/cm3, aufweisen.
Dies hat den Vorteil, dass das Papierlaminat einfach herzustellen ist, da nur eine Sorte für die Papierlagen hergestellt werden muss.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen jeweils zwei Papierlagen ein Klebesubstrat im getrockneten Zustand angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass dieses Papierlaminat bei der Herstellung von Elektrolytkondensatoren eine verbesserte Prozessfähigkeit aufweist sowie eine schnelle Imprägnierung der Papierlagen durch Mikrokanäle erfolgt, welche sich durch das Klebesubstrat ergeben. Es ergeben sich besonders durchschlagfeste Elektrolytkondensatoren für Betriebsspannungen von 750 V und mehr.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Klebesubstrat derart ausgebildet, dass es in trockenem Zustand benachbarte Papierlagen klebend miteinander verbindet und bei Kontakt mit einem Elektrolyt in den fluiden Zustand übergeht und in die benachbarten Papierlagen eindringt, wobei das Klebesubstrat die benachbarten Papierlagen imprägniert.
Das Klebesubstrat ist vorzugsweise Polyvinylalkohol (PVA) oder enthält PVA als Bestandteil oder ist zellulosebasierter Leim.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Papierlaminats in schematischer Schnittansicht und
Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Papierlaminats in schematischer Schnittansicht.
Die Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektrolytkondensatorpapiers in Form eines Papierlaminats mit zwei Papierlagen 10 und 12. Alle Papierlagen 10, 12 weisen eine identische Dichte im lufttrockenen Zustand von 0,8 g/cm3 sowie eine identische Dicke von 25 μm auf, so dass das von den Papierlagen 10, 12 gebildete Elektrolytkondensatorpapier eine Gesamtdicke von etwa 50 μm aufweist. Zwischen den Papierlagen 10 und 12 ist eine Schicht 18 eines Polyvinylalkohol-Substrates (PVA-Substrat) in getrocknetem Zustand angeordnet. Die Schicht 18 des PVA-Substrates verklebt die benachbarten Papierlagen 10 und 12 miteinander und bildet gleichzeitig jeweils einen dünnen und gleichmäßig verteilten Mikrokanal zwischen den Papierlagen 10 und 12 aus.
Die Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektrolytkondensatorpapiers in Form eines Papierlaminats mit vier Papierlagen 10, 12, 14 und 16. Alle Papierlagen 10, 12, 14 und 16 weisen eine identische Dichte im lufttrockenen Zustand von 0,8 g/cm3 sowie eine identische
Dicke von 25 μm auf, so dass das von den Papierlagen 10, 12, 14 und 16 gebildete Elektrolytkondensatorpapier eine Gesamtdicke von etwa 100 μm aufweist. Jeweils zwischen den Papierlagen 10 und 12, 12 und 14 sowie 14 und 16 ist eine Schicht 18 eines Polyvinylalkohol-Substrates (PVA-Substrat) in getrocknetem Zustand angeordnet. Jede Schicht 18 des PVA-Substrates verklebt die jeweils benachbarten Papierlagen 10 und 12, 12 und 14 bzw. 14 und 16 miteinander und bildet gleichzeitig jeweils einen dünnen und gleichmäßig verteilten Mikrokanal zwischen den Papierlagen 10 und 12, 12 und 14 sowie 14 und 16 aus. Somit sind in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Elektrolytkondensatorpapiers drei Mikrokanäle ausgebildet.
Das PVA-Substrat hat die Eigenschaft, dass es bei Kontakt mit einem flüssigen Elektrolyten 20 in den fluiden Zustand übergeht und in die benachbarten Papierlagen eindringt und diese imprägniert. Zusätzlich ist PVA häufig bereits Bestandteil des Elektrolyten 20. Die von dem PVA-Substrat 18 gebildeten Mikrokanäle erzeugen eine Kapillarwirkung, so dass der flüssige Elektrolyt 20 durch die Mikrokanäle zwischen die Papierlagen 10, 12, 14 und 16 hinein gesogen und gleichmäßig verteilt wird.
Bei der Herstellung von Hochspannungselektrolytkondensatoren mit dem oben erläuterten Papierlaminat ergibt sich eine bessere Prozessfähigkeit und damit eine schnellere Imprägnierung bzw. Sättigung des Elektrolytkondensatorpapiers mit dem Elektrolyten. Dies führt zu verbesserten technischen Eigenschaften des hergestellten Hochspannungselektrolytkondensators, wie beispielsweise einer höheren zulässigen Betriebsspannung von 750V oder mehr.
Claims
1. Papierlaminat für einen Elektrolytkondensator, insbesondere für einen Aluminium-Elektrolytkondensator, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Papierlaminat wenigstens zwei Papierlagen mit identischer Dichte und Dicke umfasst, wobei die Papierlagen eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm sowie eine Dichte im lufttrockenen Zustand von wenigstens 0,75 g/cm3 aufweisen.
2. Papierlaminat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Papierlagen ein Klebesubstrat (18) im getrockneten Zustand angeordnet ist.
3. Papierlaminat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierlagen eine Dicke von 25 μm und eine Dichte im lufttrockenen Zustand von 0,8 g/cm3 aufweisen.
4. Papierlaminat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebesubstrat (18) derart ausgebildet ist, dass es in trockenem Zustand benachbarte Papierlagen (10, 12, 14, 16) klebend miteinander verbindet und bei Kontakt mit einem Elektrolyt in den fluiden Zustand übergeht und in die benachbarten Papierlagen (10, 12, 14, 16), diese imprägnierend, eindringt.
Papierlaminat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebesubstrat Polyvinylalkohol (PVA) ist oder PVA als Bestandteil enthält oder zellulosebasierter Leim ist.
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