專利名稱：超高壓大型鋁電解電容器及其驅(qū)動用電解液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高壓大型鋁電解電容器，尤其涉及一種超高壓大型鋁電解電容 器及其驅(qū)動用電解液。
背景技術(shù)：
超高壓大容量儲能鋁電解電容器是儲能點焊機、高壓輸電設(shè)備、三相電源及激光 器等裝置設(shè)備中必不可少的儲能電氣元件。大容量超高壓鋁電解電容器具備以下特點(1)電解電容器的耐電壓非常高，額 定工作電壓通常超過650V，瞬間可承受的極限電壓更高，通常超過700V ;(2)大容量超高壓 鋁電解電容器一般用于各種大型電子設(shè)備，要求能承受特別大的紋波電流；(3)大容量超 高壓鋁電解電容器的外形尺寸超大，相應(yīng)陽極箔的幾何面積可達數(shù)平米，大體積的鋁電解 電容器在工作時，由于內(nèi)部發(fā)熱和陽極氧化鋁膜自我修復(fù)作用，電容器內(nèi)部的壓力值和熱 值增長迅速，電容器易發(fā)生破裂甚至燃燒事故。目前，單個高壓鋁電解電容器的工作電壓一般為400-500V，要制作上千伏大容量 鋁電解電容器，必須將若干單個鋁電解電容器進行串聯(lián)和并聯(lián)。這對電容的一致性要求大 大提高，如有某一個電容在工作中出了故障，結(jié)果形成整個鋁電解電容器不能工作，若內(nèi)部 短路，會導(dǎo)致電容器發(fā)生“爆炸”，甚至?xí)斐扇松鹿?。為了防止這種弊端，降低串并聯(lián)電 容的復(fù)雜性，需要提高單個鋁電解電容器的耐壓性，容量及可靠性，進而減小電子設(shè)備的體 積，降低生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的鋁電解電容器，是由陽極鋁箔和陰極鋁箔夾著隔膜重疊卷繞成筒狀芯子、 用電解液含浸后裝入鋁殼內(nèi)密封而成。作為該隔膜，可例如為織布、無紡布、馬尼拉麻紙、 多孔質(zhì)膜。電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)值主要決定于浸漬電解液后隔膜的電阻值，因此 ESR值不僅與電解液本身的電阻率有關(guān)，而且也和隔膜吸飽電解液的難易程度有密切關(guān)系。 隔膜常用的單層厚度為20-80 u m,實際應(yīng)用在超高壓電解電容器中使用雙層隔膜，總厚度 為80-100 ym，若厚度低于這個范圍，強度不夠，電解電容器發(fā)生短路；若高于這個范圍，電 容器的DF值變得過大；單層隔膜的密度約為0. 15-1. Og/cm3，若密度低于這個范圍，強度不 夠，電解電容器發(fā)生短路，若其密度高于這個范圍，則電解電容器的DF值過大。對于650V及以上超高壓大容量電解電容器，傳統(tǒng)的液態(tài)電容器在老化過程中極 易出現(xiàn)內(nèi)爆及閃火現(xiàn)象；在高溫負荷時，易造成漏液，腐蝕及燃燒等危險。為了避免電容器 內(nèi)部短路而導(dǎo)致的危險，其隔膜通常采用高密度(>0.8g/cm3)的馬尼拉麻與牛皮紙的混 抄紙，導(dǎo)致電容器的損耗角因子偏大，同樣尺寸的電容器容量偏低。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超高壓大容量鋁電解電容 器及其驅(qū)動用電解液，更具體地說，是一種通過使用凝膠態(tài)電解質(zhì)溶液而具有改進的安全 性和可靠性的超高壓大容量鋁電解電容器及其驅(qū)動用電解液。
針對本發(fā)明的目的，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了 一種超高壓大型鋁電解 電容器驅(qū)動用電解液，包括單體1 6%重量；熱引發(fā)劑0. 01 重量；液態(tài)有機電解 液92 98%重量；所述單體為雙官能團丙烯酸酯或其衍生物單體，結(jié)構(gòu)為CH2 = C (R:) C02 (CH2CH20)n_R2_ (CH2CH20)nl_C0_C (R:) = CH2，其中隊基團的結(jié)構(gòu)為 013或扎1 2為下屬結(jié)構(gòu)中的一種CmH2m、-C6H4-、-C0-C6H4-C00-、-(CH2CH20)m-或含雜環(huán)基團； n = 0 8，nl = 0 8，m = 0 8。針對本發(fā)明的目的，在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種超高壓大型鋁電解 電容器，包括電解液；芯包，由帶引線的陽極箔、隔膜和帶引線的陰極箔疊置卷繞而成，且 所述芯包浸漬有所述電解液；以及殼體，容置并密封浸漬所述電解液的芯包，以制成電容器 組裝件；其中，所述電解液為依據(jù)本發(fā)明的第一方面制備的所述的超高壓大型鋁電解電容 器驅(qū)動用電解液，所述隔膜在疊置卷繞前滲入有所述丙烯酸酯及其衍生物單體，所述超高 壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液在所述電容器組裝件形成后被加熱聚合而形成凝聚態(tài) 電解液。在依據(jù)本發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器中，所述加熱聚合過程可為初段于 75 110°C溫度下引發(fā)聚合10 20分鐘；中段于55 70°C溫度下保溫60 120分鐘； 以及末段于75 95°C溫度下引發(fā)聚合20-40分鐘。在依據(jù)本發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器中，隔膜材料的厚度可為20 50i!m， 密度為 0. 15 0. 55g/cm3。通過本發(fā)明，可以獲得高可靠性的超高壓(對于650V及以上)大型鋁電解電容 器。在老化過程中無內(nèi)爆及閃火現(xiàn)象發(fā)生；在高溫負荷時，無漏液發(fā)生，從而避免了腐蝕及 燃燒等危險，隔膜的密度和厚度大大減小，從而對于同樣尺寸的電容器而言，電容器容量得 到提高。
具體實施例方式首先說明本發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液的配方。依據(jù)本發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，包括單體1 6%重量； 熱引發(fā)劑0. 01 重量；液態(tài)有機電解液92 98%重量。其中，所述單體為雙官能團丙烯酸酯或其衍生物單體，結(jié)構(gòu)為CH2 =(諷) C02 (CH2CH20)n-R2" (CH2CH20)nl-C0"C (R:) = CH2，其中隊基團的結(jié)構(gòu)為 CH3 或 H，R2 為下屬結(jié)構(gòu) 中的一種CmH2m、-C6H4-、-C0-C6H4-C00-、-(CH2CH20)m-或含雜環(huán)基團；n = 0 8，nl = 0 8，m = 0 8 ；所述引發(fā)劑可以為過氧化二苯甲酰，過氧化二(鄰甲基苯甲酰)、過氧化乙酰異丁 酰、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化特戊酸叔丁酯中的任一種。所述液態(tài)有機電解液包括溶質(zhì)2% 25% ；溶劑60% 80% ；以及添加齊U: 20%。所述溶質(zhì)為有機酸或其鹽以及無機酸或其鹽的混合物。所述有機酸為直鏈或支 鏈型飽和或不飽和二元酸或其鹽，包括庚二酸、辛二酸、1，7_辛烷二羧酸、壬二酸、三甲基 己二酸、3-叔丁基己二酸、3-叔辛基己二酸、3-正十二烷基己二酸、1，6_癸烷二羧酸、癸二 酸、2，4- 二甲基-4-甲氧羰基-十一烷二羧酸、十二烷雙酸、2，4，6-三甲基-4，6- 二甲氧羰基_十三烷二羧酸、8，9- 二甲基-8，9 二甲氧基羰基_十六烷二羧基、8-苯基-8-甲氧基壬 酸、7-乙二烯-9-十六烯-1，16- 二羧酸及其鹽的一種或兩種以上混合，所述無機酸或其鹽 為硼酸或其鹽。所述溶劑為醇類或醚類中的一種或一種以上有機溶劑。所述溶劑可包括35 70%重量的主溶劑以及15 50%重量的副溶劑，其中，所述主溶劑包括乙二醇、二甘醇、三 甘醇、丙二醇、2-甲基丙二醇、丙三醇、丁四醇、內(nèi)酯、戊內(nèi)酯、內(nèi)酯類化合物中的一 種或一種以上；所述副溶劑包括環(huán)丁砜、乙二醇獨丁醚、二甘醇獨甲醚、二甘醇獨丁醚的一 種或一種以上。所述添加劑可為硝基化合物、磷化合物或其鹽或其衍生物。此外，所述添加劑還可包括半乳糖醇、赤蘚醇、季戊四醇、戊五醇、甘露醇、山梨糖 醇、玫瑰醇的一種或一種以上，且添加量優(yōu)選為2% 9%。它們具有降低電解液的飽和蒸 汽壓，抑制氧化膜水合的作用，同時對高壓大容量鋁電解電容器在高溫負荷時引箔條腐蝕 具有一定的抑制作用，從而提高電容器的高溫穩(wěn)定性。所述添加劑還可包括抑制氫氣產(chǎn)生的消氫劑，所述消氫劑為芳香族一元或多元 硝基化合物，所述芳香族一元或多元硝基化合物可為對硝基苯甲醇、鄰硝基茴香醚、間硝 基乙酰苯、對硝基苯甲酸、對硝基苯酚、三硝基苯酚中的一種或一種以上，且添加量優(yōu)選為 0. 5% 2. 5%。所述添加劑還可包括烷基磷酸酯、聚磷酸、植酸中的一種或一種以上，且添加量優(yōu) 選為 0. 05% 0. 5%。所述添加劑還可包括納米無機氧化物粒子，所述納米無機氧化物粒子包括納米 Si02、納米Ti02，且添加量優(yōu)選為2% 10%。在依據(jù)本發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液中，所述液態(tài)有機電解液 本身的閃火電壓在600V以上，且具有較高的離子導(dǎo)電率。其次，說明依據(jù)本發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器的制備過程。超高壓大型鋁電解電容器的制備過程包括步驟使隔膜浸透有雙官能團丙烯酸酯 或其衍生物單體；將連接有引線的陽極箔、浸透了雙官能團丙烯酸酯或其衍生物單體的隔 膜、以及連接有引線的陰極箔疊置并卷繞成電容器芯包；將電容器芯包浸漬于前述依據(jù)本 發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液中；然后，利用殼體和密封材料將浸漬有超 高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液的電容器芯包封閉，以制成電容器組裝件；最后，對所 述電容器組裝件加熱，使得雙官能團丙烯酸酯或其衍生物單體在熱引發(fā)劑的作用下聚合而 形成凝聚態(tài)電解液。在依據(jù)本發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器的制備過程中，首先進行的是隔膜處 理。具體而言，將丙烯酸酯及其衍生物預(yù)先涂于隔離材料表面，或者將隔膜材料浸入丙烯酸 酯及其衍生物的溶液中(濃度為5 20% )，使該溶液可以浸潤并滲透入隔膜，然后加熱干 燥，得到涂敷有高分子化合物的隔膜。所述隔膜材料的厚度優(yōu)選為20 50 y m,密度優(yōu)選為 0. 15 0. 55g/cm3。在以前的高壓鋁電解電容器用液態(tài)電解液中，這樣低厚度和密度的隔離 紙會引起電極間的短路，不能保持穩(wěn)定的耐壓性。但是由于本發(fā)明的電解電容器采用將高 分子化合物浸潤滲透的隔膜，熱引發(fā)后形成凝膠，隔膜材料之中網(wǎng)目狀地分布凝膠狀高分 子，并由于其中含有溶入了溶質(zhì)的極性溶劑，所以可使導(dǎo)電載體通過。這樣的隔膜不僅具有高的耐壓性，而且可大大降低電容器芯包內(nèi)隔膜所占的電阻分量，可使電容器的ESR降低， 產(chǎn)生良好的特性。 在依據(jù)本發(fā)明的超高壓大型鋁電解電容器的制備過程中，所述加熱聚合過程可分 段進行，優(yōu)選為三段初段于75 110°C溫度下引發(fā)聚合10 20分鐘；中段于55 70°C溫度下保溫60 120分鐘；以及末段于75 95°C溫度下引發(fā)聚合20-40分鐘。在 發(fā)明中，采用分段熱聚合工藝，因為在聚合反應(yīng)后期，凝膠速率減慢，會有少量液體和引發(fā) 劑殘留，末段再將溫度升高，可以使已經(jīng)被固化的電解液中殘留的單體和引發(fā)劑徹底消耗， 確保電容器再使用過程中的性能穩(wěn)定性。 所述超高壓大容量鋁電解電容器電解液在熱聚合前為液態(tài)，通過熱聚合后形成凝 膠，由于無流動液體，因而具有較高的安全性能和較高的離子導(dǎo)電性能。同時，電容器的耐 壓性也較浸漬液體電解質(zhì)的電解電容器有了較大的提高。最后，通過具體實施例來進一步本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實施例所限定。表 1 實施例1將連接有引線的陽極箔、已涂布或含浸了雙官能團丙烯酸酯或其衍生物單體并烘 干的隔膜、以及連接有引線的陰極箔疊置并卷繞成電容器芯包；將電容器芯包浸漬于表1 中添加了 0. 5%的過氧化乙酰異丁酰引發(fā)劑的液態(tài)有機電解液1中；然后，利用殼體和密封 材料將電容器芯包封閉；最后，對所述電容器組裝件加熱，使得雙官能團丙烯酸酯或其衍生 物單體在熱引發(fā)劑的作用下聚合而形成凝聚態(tài)電解液，從而制成了密封的凝聚態(tài)鋁電解電 容器。其中，隔膜采用厚度40iim，密度為0.40g/cm。實施例2
在實施例1中，除了使用表1中添加了 0. 5%的引發(fā)劑的液態(tài)有機電解液2以夕卜， 與上述實施例1一樣制成凝聚態(tài)鋁電解電容器。實施例3在實施例1中，除了使用表1中添加了 0. 5%的引發(fā)劑的液態(tài)有機電解液3以夕卜， 與上述實施例1一樣制成凝聚態(tài)鋁電解電容器。實施例4在實施例1中，除了使用表1中添加了 0. 5%的引發(fā)劑的液態(tài)有機電解液4以外， 與上述實施例1一樣制成凝聚態(tài)鋁電解電容器。比較例1將連接有引線的陽極箔、沒有涂布或含浸雙官能團丙烯酸酯或其衍生物單體的隔 膜、以及連接有引線的陰極箔疊置并卷繞成電容器芯包；將電容器芯包浸漬于表1液態(tài)有 機電解液1中；然后，利用殼體和密封材料將電容器芯包封閉，從而制成了密封的鋁電解電 容器。比較例2在比較例1中，除了使用表1中的液態(tài)有機電解液2以外，與上述比較例1 一樣制 成鋁電解電容器。比較例3在比較例1中，除了使用表1中的液態(tài)有機電解液3以外，與上述比較例1 一樣制 成鋁電解電容器。比較例4在比較例1中，除了使用表1中的液態(tài)有機電解液4以外，與上述比較例1 一樣制 成鋁電解電容器。針對上述實施例1-4和比較例1-4制造鋁電解電容器各20個進行壽命試驗，其規(guī) 格為650WV3300 ii F、小90 X 190于105°C的溫度下進行紋波負荷試驗，結(jié)果列于表2中。表2電解電容器壽命試驗結(jié)果 從表2可以看出，使用本發(fā)明電解液的電解電容器在老化和壽命實驗中皆不會出 現(xiàn)擊穿、打火等不利情況。另外，由表2可以看出，實施例1-4在容量變化率(AC)、TanS變 化率、漏電流(LC)、外觀變化等特性的變動也很少，尤其是其耐大紋波電流性能優(yōu)良，105°C 負荷3000h后并無腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，從而可以獲得高可靠性的超高壓(對于650V及以上)大 型鋁電解電容器。在老化過程中無內(nèi)爆及閃火現(xiàn)象發(fā)生；在高溫負荷時，無漏液發(fā)生，從而 避免了腐蝕及燃燒等危險，隔膜的密度和厚度大大減小，從而對于同樣尺寸的電容器而言， 電容器容量得到提高。
權(quán)利要求
一種超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，包括單體1～6％重量；熱引發(fā)劑0.01～1％重量；液態(tài)有機電解液92～98％重量；所述單體為雙官能團丙烯酸酯或其衍生物單體，結(jié)構(gòu)為CH2＝C(R1)CO2(CH2CH2O)n-R2-(CH2CH2O)n1-CO-C(R1)＝CH2，其中R1基團的結(jié)構(gòu)為CH3或H，R2為下屬結(jié)構(gòu)中的一種CmH2m、-C6H4-、-CO-C6H4-COO-、-(CH2CH2O)m-或含雜環(huán)基團；n＝0～8，n1＝0～8，m＝0～8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，其特征在于，所述 引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰，過氧化二(鄰甲基苯甲酰)、過氧化乙酰異丁酰、過氧化二碳酸 二異丙酯、過氧化特戊酸叔丁酯中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，其特征在于，所述 液態(tài)有機電解液包括溶質(zhì)2% 25%，所述溶質(zhì)為有機酸或其鹽以及無機酸或其鹽的混合物；溶劑60% 80%，所述溶劑為醇類或醚類中的一種或一種以上有機溶劑；以及添加劑 20%，所述添加劑為硝基化合物、磷化合物或其鹽或其衍生物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，其特征在于，所述 溶劑包括35 70%重量的主溶劑以及15 50%重量的副溶劑，其中，所述主溶劑包括乙 二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、2-甲基丙二醇、丙三醇、丁四醇、Y-內(nèi)酯、Y-戊內(nèi)酯、內(nèi)酯 類化合物中的一種或一種以上；所述副溶劑包括環(huán)丁砜、乙二醇獨丁醚、二甘醇獨甲醚、二 甘醇獨丁醚的一種或一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，其特征在于，所述 有機酸為直鏈或支鏈型飽和或不飽和二元酸或其鹽，包括庚二酸、辛二酸、1，7_辛烷二羧 酸、壬二酸、三甲基己二酸、3-叔丁基己二酸、3-叔辛基己二酸、3-正十二烷基己二酸、1， 6-癸烷二羧酸、癸二酸、2，4- 二甲基-4-甲氧羰基-十一烷二羧酸、十二烷雙酸、2，4，6-三 甲基-4，6- 二甲氧羰基-十三烷二羧酸、8，9- 二甲基-8，9 二甲氧基羰基-十六烷二羧基、 8-苯基-8-甲氧基壬酸、7-乙二烯-9-十六烯-1，16- 二羧酸及其鹽的一種或兩種以上混 合，所述無機酸或其鹽為硼酸或其鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，其特征在于，所述 添加劑包括半乳糖醇、赤蘚醇、季戊四醇、戊五醇、甘露醇、山梨糖醇、玫瑰醇的一種或一種 以上，且添加量為2% 9%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，其特征在于，所述 添加劑包括芳香族一元或多元硝基化合物，所述芳香族一元或多元硝基化合物選自對硝基 苯甲醇、鄰硝基茴香醚、間硝基乙酰苯、對硝基苯甲酸、對硝基苯酚、三硝基苯酚中的一種或 一種以上，且添加量為0. 5% 2. 5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，其特征在于，所述 添加劑包括烷基磷酸酯、聚磷酸、植酸中的一種或一種以上，且添加量為0. 05% 0. 5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動用電解液，其特征在于，所述 添加劑包括納米無機氧化物粒子，所述納米無機氧化物粒子包括納米SiO2、納米TiO2，且添加量為2% 10%。
10. 一種超高壓大型鋁電解電容器，包括 電解液；芯包，由帶引線的陽極箔、隔膜和帶引線的陰極箔疊置卷繞而成，且所述芯包浸漬有所 述電解液；以及殼體，容置并密封浸漬所述電解液的芯包，以制成電容器組裝件； 其特征在于，所述電解液為權(quán)利要求1-9任一項所述的超高壓大型鋁電解電容器驅(qū)動 用電解液，所述隔膜在疊置卷繞前滲入有所述丙烯酸酯及其衍生物單體，所述超高壓大型 鋁電解電容器驅(qū)動用電解液在所述電容器組裝件形成后被加熱聚合而形成凝聚態(tài)電解液。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超高壓大型鋁電解電容器及其驅(qū)動用電解液，所述驅(qū)動用電解液包括單體1～6％重量；熱引發(fā)劑0.01～1％重量；液態(tài)有機電解液92～98％重量；所述單體為雙官能團丙烯酸酯或其衍生物單體，結(jié)構(gòu)為CH2＝C(R1)CO2(CH2CH2O)n-R2-(CH2CH2O)n1-CO-C(R1)＝CH2，其中R1基團的結(jié)構(gòu)為CH3或H，R2為下屬結(jié)構(gòu)中的一種CmH2m、-C6H4-、-CO-C6H4-COO-、-(CH2CH2O)m-或含雜環(huán)基團；n＝0～8，n1＝0～8，m＝0～8。通過本發(fā)明，可獲得高可靠性的超高壓大型鋁電解電容器，同時隔膜的密度和厚度大大減小，電容器容量得到進一步提高。
文檔編號H01G9/145GK101887803SQ20101020754
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者徐永進, 紀力榮, 羅旭芳 申請人:東莞萬利信新材料元件有限公司;深圳清華大學(xué)研究院