混合型铝电解电容器及其制造方法
阅读：1056发布：2020-07-24
专利汇可以提供混合型铝电解电容器及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种混合型 铝 电解 电容器及其制造方法，本发明的混合型铝电解电容器含浸皮膜修复液，皮膜修复液的组成包括：沸点180℃以上的 有机 溶剂 ，少量的 无机酸 和/或 有机酸 ，沸点180℃以上的胺。本发明的皮膜修复液耐 电压 高，具有铝非固体电解电容器正箔的 氧 化皮膜的修复作用。利用本发明皮膜修复液制备的混合型铝电解电容器具有高电压、高容量、低阻抗和漏 电流 小等特点，能在高频范围保持低等价 串联 抵抗，低阻抗的特性。，下面是混合型铝电解电容器及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种皮膜修复液，其特征在于，包括酸、有机溶剂和胺；其中，所述胺的沸点为180℃以上，所述有机溶剂的沸点为180℃以上。
2.如权利要求1所述的皮膜修复液，其特征在于，还进一步包括有机磷酸酯化合物和/或有机硝酸化合物。
3.如权利要求1所述的皮膜修复液，其特征在于，所述酸和所述胺各自的质量摩尔浓度范围为0.01～0.25mol/kg。
4.如权利要求1所述的皮膜修复液，其特征在于，所述酸和所述胺的当量浓度相同。
5.如权利要求1所述的皮膜修复液，其特征在于，所述有机溶剂选自乙二醇、二乙二醇、丙二醇、γ-丁内酯、γ-戊内酯、环丁砜、聚乙二醇、聚丙二醇、二甘醇乙醚、三甘醇单甲醚、碳酸丙烯酯、4-乙基苯甲醚、1-甲氧-4丙基苯、甲基环丁砜、甘油、硫代苯甲酸、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二甘醇乙醚、三甘醇单甲醚、碳酸丙烯酯、甘油酯、N-甲基吡咯烷酮和N-乙基吡咯烷酮中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的皮膜修复液，其特征在于，所述酸选自一氯乙酸、草酸、丙二酸、二酸丁二酸、戊二酸、已二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1,6-癸二酸、马来酸、富马酸、衣康酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯四甲酸、安息香酸、水杨酸、扁桃酸、间苯二酚酸、磷酸、亚磷酸、次磷酸、硼酸、硼氟酸、四氟硼酸、六氟磷酸、苯磺酸、萘磺酸、硼代乙醇酸、硼代草酸和硼代水杨酸中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的皮膜修复液，其特征在于，所述胺选自壬胺、癸胺、二乙醇胺、三乙醇胺、邻甲基苯胺、乙二胺、鸟洛托品和三正丁胺中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的皮膜修复液，其特征在于，在28～32℃时，所述皮膜修复液的电导率低于0.5ms/cm，PH范围为5～7。
9.一种混合型铝电解电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100，制作电容素子；
S200，将电容素子含浸化成液，并根据正箔的耐压对电容素子施加电压，将电容素子的正箔表面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复；
S300，将电容素子含浸导电性高分子分散液并干燥，通过反复进行导电性高分子分散液的含浸和干燥，使电容素子的静电容量引出率高于85％；
S400，将电容素子含浸权利要求1～8任一项所述的皮膜修复液，使正箔的表面和蚀孔内部覆盖一层致密的电介质氧化膜；
S500，将电容素子组立封装于铝壳。
10.一种混合型铝电解电容器，其特征在于，通过权利要求9的方法制备。
混合型铝电解电容器及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电解电容技术领域，具体涉及一种混合型铝电解电容器及其制造方法。技术背景
[0003] 现有技术将电容素子在导电性高分子混合型电解液内含浸，使用的是公知的电解液，这些电解质的浓度从电导度的角度一般调配为高于10wt％。但这些电解液的耐电压低，在应用于不同的电压时需要根据电容器的定格电压改变电解液的调配，使得生产加工过程中，需要根据各电压的变更调整制备设备，生产效率非常低下。且固态电解电容器是固体导电性高分子，对正极氧化膜缺陷部的没有修复能力，长期在85～150℃的高温工作环境下使用，LC有增大的可能，甚至有可能会导致短路。
发明内容
[0008] 优选的，从电解液的电导率和电化学电容器的内部电阻的观点出发，所述酸和所述胺各自的质量摩尔浓度范围在0～0.3mol/kg。
[0009] 更优选的，所述酸和所述胺各自的质量摩尔浓度范围为0.01～0.25mol/kg。
[0010] 优选的，所述酸和所述胺的当量浓度相同，其中所述酸的当量浓度指酸中氢离子的摩尔浓度，所述胺的当量浓度指胺中电离出的氢氧根离子的摩尔浓度。
[0011] 优选的，所述有机溶剂选自乙二醇、二乙二醇、丙二醇、γ-丁内酯、γ-戊内酯、环丁砜、聚乙二醇、聚丙二醇、二甘醇乙醚、三甘醇单甲醚、碳酸丙烯酯、4-乙基苯甲醚、1-甲氧-4丙基苯、甲基环丁砜、甘油、硫代苯甲酸、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二甘醇乙醚、三甘醇单甲醚、碳酸丙烯酯、甘油酯、N-甲基吡咯烷酮和N-乙基吡咯烷酮中的一种或多种。
[0012] 优选的，所述酸选自一氯乙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、已二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1,6-癸二酸、马来酸、富马酸、衣康酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯四甲酸、安息香酸、水杨酸、扁桃酸、间苯二酚酸、磷酸、亚磷酸、次磷酸、硼酸、硼氟酸、四氟硼酸、六氟磷酸、苯磺酸、萘磺酸、硼代乙醇酸、硼代草酸和硼代水杨酸中的一种或多种。
[0013] 优选的，所述胺选自壬胺、癸胺、二乙胺、三乙醇胺、邻甲基苯胺、乙二胺、鸟洛托品和三正丁胺的一种或多种。
[0014] 优选的，所述皮膜修复液在28～32℃时，电导率低于0.5ms/cm，PH范围为5～7。
[0015] 另一方面，本发明还提供一种混合型铝电解电容器制备方法，包括以下步骤：
[0016] S100，制作电容素子；
[0017] S200，将电容素子含浸化成液，并根据正箔的耐压对电容素子施加电压，将电容素子的正箔表面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复，其中所述S200中含浸的化成液选自磷酸二氢铵溶液、硼酸铵溶液和己二酸铵溶液中的一种或多种；
[0020] S500，将电容素子组立封装于铝壳。
[0021] 另一方面，本发明还提供一种混合型铝电解电容器，包括电容素子及铝壳，所述电容素子置于所述铝壳内部，所述电容素子包括正箔、负箔及电解纸，所述正箔及负箔上还分别铆接有正导针及负导针，所述电容素子依次含浸化成液、导电性高分子分散液及所述皮膜修复液并组立封装制成。
[0022] 本发明的有益效果在于：
[0023] 1.本发明的皮膜修复液包括酸、沸点为180℃以上的有机溶剂和沸点为180℃以上的胺；组分的沸点高，在高温环境工作性能稳定，且通过酸、有机溶剂和胺的合理调配，得到的皮膜修复液耐电压高，可以胜任从低压16V到高压400V的应用需求，无需因为应用电压的不同而改变电解液的调配。
[0024] 2.本发明皮膜修复液还具有铝非固体电解电容器正箔的氧化皮膜的修复作用，不同于一般固体电解质本身对阳极铝箔的氧化皮膜没有修复作用，其失效模式是短路。本发明电容素子含浸皮膜修复液，其失效模式是开路，不容易短路。
[0025] 3.本发明的混合型铝电解电容器进行了皮膜修复液的含浸，得到的混合型铝电解电容器在高频范围保持低等价串联抵抗，低阻抗特性，其耐电压高于400V，可以胜任低压16V到高压400V的应用需求，而无需改变电解液的调配，具有高电压、高容量、低阻抗及漏电流小等特点。
具体实施方式
[0026] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。
[0027] 以下，只要没有特别规定，wt％表示重量％，即重量百分比。
[0028] 正如背景技术中所言，为了解决这一技术问题，本发明提出一种皮膜修复液，包括：酸、沸点为180℃以上的有机溶剂和沸点为180℃以上的胺。
[0029] 所述有机溶剂选自乙二醇、二乙二醇、丙二醇、γ-丁内酯、γ-戊内酯、环丁砜、聚乙二醇、聚丙二醇、二甘醇乙醚、三甘醇单甲醚、碳酸丙烯酯、4-乙基苯甲醚、1-甲氧-4丙基苯、甲基环丁砜、甘油、硫代苯甲酸、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二甘醇乙醚、三甘醇单甲醚、碳酸丙烯酯、甘油酯、N-甲基吡咯烷酮和N-乙基吡咯烷酮中的一种或一种以上。
[0031] 无机酸选自磷酸、亚磷酸、次磷酸、烷基磷酸酯、硼酸、硼氟酸、四氟硼酸、六氟磷酸、苯磺酸和萘磺酸中的一种或多种。
[0032] 有机酸选自一氯乙酸、作为二羧酸的比如草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、已二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1,6-癸二酸、马来酸、富马酸和衣康酸等，作为芳香族碳素酸的比如邻苯二甲酸、间苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯四甲酸、安息香酸、水杨酸、扁桃酸和间苯二酚酸中的一种或多种。
[0033] 有机酸和无机酸的复合化合物选自硼代乙醇酸、硼代草酸和硼代水杨酸中的一种或多种。
[0034] 所述胺选自壬胺、癸胺、二乙胺、三乙醇胺、邻甲基苯胺、乙二胺、鸟洛托品和三正丁胺中的一种或多种。
[0035] 从电解液的电导率和电化学电容器的内部电阻的观点出发，所述酸和胺的浓度优选为0～0.3mol/kg，更优选的是0.01～0.25mol/kg，且酸和胺的当量浓度优选为相同。
[0036] 所述添加剂选自有机磷酸酯类或有机硝酸化合物，从电化学稳定性和导电性的观点出发，添加剂的含量相对于皮膜修复液的总质量，优选为0～1wt％，更加优选为0.2～0.5wt％。
[0037] 本发明的皮膜修复液的耐电压高于400V，在28～32℃时电导率低于0.5mS/cm，PH范围为5～7。
[0038] 可以理解的是，通过本领域常用的方法制备上述皮膜修复液，只需要按上述成分及含量进行配比即可。同样的，可以通过本领域常用的方案调整本发明的皮膜修复液的粘度、电导率、pH值及耐电压等性能参数。例如，可以通过调整溶质和溶剂的量来控制电导率和耐电压。
[0039] 本发明还提供一种混合型铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
[0040] S100，制作电容素子，用钉卷机将正箔、负箔和电解纸按设计尺寸裁断，然后将正导针和负导针分别铆接在正箔和负箔上，随后将正箔和负箔夹电解纸卷绕成圆形，最后在圆形的外围缠上耐高温绝缘胶带固定以形成电容素子；
[0041] S200，将电容素子含浸化成液，并根据正箔的耐压对电容素子施加电压，将电容素子的正箔表面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复；
[0042] 该阶段的化成液为磷酸二氢铵溶液、硼酸铵溶液或己二酸铵溶液，修复之后用纯水清洗电容器进行干燥。
[0044] 干燥的方法没有特别的规定，可以使用能控制温度的热风干燥炉等。干燥温度可在130℃以上进行，200℃以上的温度会引起导电性高分子的氧化，因此干燥温度优选在180℃以下，考虑到生产性，有机溶剂的干燥时间优选在2个小时内。
[0045] S300，电容素子将电容素子含浸导电性高分子分散液，电容素子以便在其电极上形成一定厚度的导电高分子膜层。
[0046] 导电性高分子分散液可以用公知的方法制备。例如，在纯水中加入聚3,4－乙烯二氧噻吩(PEDOT)，一边搅拌一边加聚苯乙烯磺酸(PSS)溶液，加氧化辅助剂的硫酸铁(III)和过硫酸盐，进行氧化聚合之后，通过离子交换树脂，额外过滤等去除杂质。此后，可以通过高压分散法，超声波分散法等得到颗粒小，稳定的导电性高分子分散液。导电性高分子的平均颗粒直径优选在median size d50在100nmn以下。另外，分散液的固型部分(PEDOT/PSS)优选在0～10wt％，从对电容素子含浸性和生产性的观点看优选为1～5wt％的范围。
[0047] 或者通过自制分散液或市场购买的分散液中添加高沸点有机溶剂，通过高压乳化，超声波乳化或高速剪切乳化法进行再分散。高沸点有机溶剂添加量范围为0～20wt％，优选的是0～10wt％，更优选的是1～5wt％。作为在分散液中含有的有机溶剂，优选的乙二醇(沸点197℃)、二乙二醇(沸点245℃)、丙二醇(沸点188℃)、γ-丁内酯(沸点204℃)、γ-戊内酯(沸点207℃)、N－甲基吡咯烷酮(沸点202℃)、环丁砜(沸点287℃)、聚乙二醇(沸点250℃以上)、聚丙二醇(沸点280℃以上)等的水溶性有机溶剂，即使干燥不够充分也可以使用不影响电容特性。
[0048] 其中，有机溶剂可以和所述高分子分散液中包含的溶剂：乙二醇、二乙二醇、丙二醇、γ-丁内酯、戊内酯、N-甲基吡吡咯烷酮、环丁砜、聚乙二醇和聚丙二醇中的一种或多种混合。
[0049] 电容素子分散液含浸后，经过高温干燥，在电容素子正负箔的表面及其余电解纸的间隙内覆着一层致密的导电高分子膜层。该导电高分子膜层具有一定的导电特性和耐高压特性，能促进正箔氧化皮膜缺陷部的修复，抑制短路的发生。
[0050] 电容量和皮膜修复液含浸后的静电容量引出率优选高于85％，如果容量引出率低于85％，在高频100KHz测试条件下，等价串联电阻(Z)和阻抗特性(ESR)不良。为保证电容素子的静电容量引出率达85％以上，可以通过反复进行导电性高分子分散液的含浸和干燥。
[0051] 较高的电容引出率使得本发明的混合型电容器的尺寸相对于传统(具有相同标示电容值)的固态电容器可以大幅地缩小。所以本发明在具有高容量同时拥有非常低的高度(即低的厚度)。
[0052] S400，将电容素子含浸所述的皮膜修复液，在该阶段电容素子含浸皮膜修复液使正箔的表面和蚀孔内部覆盖一层致密的电介质氧化膜。
[0054] 本发明还提供一种混合型铝电解电容器，通过所述混合型铝电解电容器的制备方法来制备，见图1，其包含有正导针(4)，负导针(5)，正箔(3)，电解纸(1)，负箔(2)。
[0055] 可以理解的是，本发明的混合型铝电解电容器的结构，例如电容素子的橡胶胶盖结构，为本领域技术人员所公知，本发明对此不作详细描述，本发明可以采用本领域常用的电容器结构，也可以采用新型的电容器结构。
[0056] 可以理解的是，本发明的混合型铝电解电容器可以为现有的各类铝电解电容器，例如，可以为牛角铝电解电容器或螺栓铝电解电容器，牛角铝电解电容器或螺栓铝电解电容器的结构及工作原理为本领域技术人员所公知，本发明对此不作赘述。
[0058] 为使本发明实施例的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。以下实施例部分可采用常用的测试方法以测试产品的容量衰减。
[0059] 以下是关于本发明的实施案例说明。
[0060] 【实施例1】
[0061] 按照所述方法制备混合型铝电解电容器，其中，步骤S100，正箔使用的是表面腐蚀处理及阳极氧化处理形成的电介质皮膜(皮膜耐电压150V)的铝箔，负箔使用的是表面腐蚀处理和阳极氧化处理形成的电介质皮膜(皮膜耐电压2V)的铝箔，以规定的尺寸裁切，在各自的箔上连接了外部引线电极的垂片端子。正箔和负箔通过密度0.35g/cm3、厚度50um的芳族聚酰胺纤维、聚酯纤维或纤维素纤维组成的无纺布分离器卷绕，完成电容素子的卷绕。
[0062] 步骤S200中，在己二酸铵体系化成液中施加150V的电压，电流密度0.05Ma/pcs，将正箔的裁切面因裁切和钉卷造成的氧化皮膜缺陷部进行修复；化成后的电容素子用纯水清洗后，在120℃条件下进行干燥。
[0063] 步骤S300中，导电性高分子分散液含有3wt％的PEDOT/PSS的导电性高分子粒子和3wt％的乙二醇，其余组分为水和少量添加剂，在导电性高分子分散液中将电容素子在
10kpa的负压下含浸10分钟，然后150℃干燥60分钟。之后再重复两次导电性高分子分散液的含浸干燥，在电容素子表面形成导电高分子膜层。
10kpa的负压下含浸10分钟，然后150℃干燥60分钟。之后再重复两次导电性高分子分散液的含浸干燥，在电容素子表面形成导电高分子膜层。
[0064] 将完成步骤S300的电容素子测试电性能，结果见表一。
[0065] 步骤S400中，使用的皮膜修复液的组成是：作为有机溶剂的50wt％的γ-丁内酯，30wt％的环丁砜，18wt％的聚乙二醇，作为酸的0.4wt％的苯二甲酸和0.4wt％的安息香酸，作为胺的0.8wt％的三乙酸胺，和作为添加剂的0.4wt％的磷酸单丁脂。
[0066] 在10kPa的负压下，将完成步骤S300的电容素子在皮膜修复液中进行含浸，将经过含浸后的电容素子组立封装于铝壳，制备成铝电解电容器，产品的直径为10mm，长度为10m。
[0067] 实施例1的皮膜修复液的特性参数检测结果：电导率为0.32mS/cm(在28～32℃测试)，PH为5.2(在28～32℃测试)，含水率为0.15wt％，耐电压高于400V。
[0068] 【实施例2】
[0069] 本实施例与实施例1的操作步骤基本相同，不同之处在于，步骤S300进行2次导电高分子分散液的含浸和干燥，步骤S400含浸的皮膜修复液按重量百分数计算，包括：作为有机溶剂的50wt％的γ-丁内酯、35wt％的环丁砜和14.5wt％的聚乙二醇，作为酸的0.25wt％的安息香酸，作为胺的0.25wt％的三乙醇胺。制作成与实施例1相同规格的混合型铝电解电容器。
[0070] 其中，将完成步骤S300的电容素子测试电性能，结果见表一。
[0071] 实施例2的皮膜修复液的特性参数检测结果：电导率为0.035mS/cm(在28～32℃测试)，PH为6.1(在28～32℃测试)，含水率为0.18wt％，耐电压高于600V。
[0072] 【比较例】
[0073] 除了改变步骤S400中皮膜修复液的组成以外，其余操作和实施例1一样，制成相同规格的混合型铝电解电容器。不同之处在于步骤S400含浸的电解液为γ-丁内酯溶解的25wt％苯二甲酸-1,2,3,4——四甲基咪唑啉溶液，该电解液被作为高温长寿命电容器的电解液，电导度为12ms/cm。
[0074] 【实施例3】
[0075] 本实施例与实施例1的操作步骤基本相同，不同之处在于步骤S300进行1次导电高分子分散液的含浸及干燥，其余操作和实施例1一样，制成相同规格的混合型铝电解电容器。
[0076] 【实施例4】
[0077] 本实施例与实施例2的操作步骤基本相同，不同之处在于步骤S300进行2次导电高分子分散液的含浸和干燥，其余操作和实施例2一样，制成相同规格的混合型铝电解电容器。
[0078] 【实施例5】
[0079] 本实施例与实施例1的操作步骤基本相同，不同之处在于步骤S300进行3次导电高分子分散液的含浸及干燥；且步骤S400含浸的皮膜修复液按重量百分数计算，包括：作为有机溶剂的46wt％的二乙二醇丁醚，16wt％的聚丙二醇，30wt％的环丁砜，作为酸的2.8wt％的安息香酸，作为胺的4.2wt％的三正丁胺，作为添加剂的0.5wt％的磷酸单丁脂和0.5wt％的对硝基苯甲酸。其余操作和实施例1一样，制成相同规格的混合型铝电解电容器。
[0080] 实施例5中皮膜修复液的特性参数检测结果：电导率为0.06mS/cm(在30℃测试)，PH为5.5(在30℃测试)，含水率为0.16wt％，耐电压高于600V。测试一：含浸次数与静电容量引出率测试
[0081] 由于实施例1的电容素子和实施例5的电容素子S300含浸工艺一样；实施例2的电容素子和实施例4的电容素子S300含浸工艺一样，在此只对比实施例1、实施例3和实施例4的电容素子参数值，如表一所示。
[0082] 表一：含浸、干燥次数与静电容量引出率关系
[0083]
[0084] 结果表明，含浸导电高分子分散液和干燥的次数多，静电容量引出率也越大。为保证电容器电气特性良好，电容素子含浸分散液干燥后静电容量的引出率必须大于85％上。
[0085] 测试二：电压老化测试
[0086] 为了保证电容器的测试性能，选取实施例1、实施例2、实施例5和对比例制备的混合型铝电解电容器，分别用42V和96V两个规格电压实施老化，温度为125℃，老化时间为60分钟。在不同电压老化后测试20个平行样品的电容器参数平均值，容量的测试频率为120HZ，等价串联抵抗和阻抗的测试频率是100KHZ。
[0087] 漏电流测试方法：室温测试，每组各测试20个实施例，施加35V直流电压，通电时间为1min，电气特性测试结果如表二记录。
[0088] 表二：电压老化对电容器参数的影响
[0089]
[0090]
[0091] 相对于比较例，实施例1、实施例2和实施例5的低温特性改善液制备的混合型铝电解电容器老化时没有短路发生，表明本发明皮膜修复液对氧化皮膜的修复能力明显，能抑制短路情况的发生，其失效模式是开路。且实施例1、实施例2和实施例5静电容量引出率高，等价串联电阻和阻抗小，说明本发明皮膜修复液制备的混合型铝电解电容器具有高电压、高容量、低阻抗和漏电流小等特点。
[0092] 电容器额定电压35V，其老化电压为42V，电容器额定电压80V，其老化电压为92V，比较例含浸的电解液只能适用于额定电压35V的电容器，不能适用额定电压80V的电器。因为比较例电解液的火电压在70V左右，该电液含浸定电压电容器时，因耐压不足，导致电容器发生短路。所以，生产额定电压80V的电容器，要求更高耐电压的电解液。实施例1、实施例2和实施例5的皮膜修复液，因为耐电压高于500V，不论是低电压域还是高电压领域都可以共用一种，而无需进行多种调配，甚至还可以生产250V的电容器。
[0093] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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