本發(fā)明涉及一種鋁電解電容器，尤其涉及一種基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器及其制備方法。
背景技術：
電解質(zhì)是鋁電解電容器重要的組成之一，鋁電解電容器根據(jù)電解質(zhì)形態(tài)可分為液態(tài)鋁電解電容器和固態(tài)鋁電解電容器兩類。液態(tài)鋁電解電容器所使用的電解質(zhì)由有機物組成，在電容器的使用過程中，由于電容器本身發(fā)熱或環(huán)境溫度高，電解液易產(chǎn)生氣體，從而形成過大的蒸汽壓，導致電容器發(fā)生爆炸，并且液態(tài)電解質(zhì)容易腐蝕鋁殼，造成漏液，液態(tài)鋁電解電容器存在安全隱患，使得其制備過程控制極為嚴格；固態(tài)鋁電解電容器由于工作電壓低（低于200 V），因此其應用范圍受到了嚴格限制。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種安全性高、具有足夠的工作電壓的基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器及其制備方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：一種基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器，包括外殼和芯包，所述芯包密封在外殼內(nèi)；所述芯包內(nèi)部以及芯包與外殼之間形成有凝膠狀電解液，所述凝膠狀電解液為溶液體系和溶液體系在UV光的引發(fā)下聚合得到的凝膠狀高分子化合物，所述溶液體系和溶液體系的混合配比為1:4-7:3；所述溶液體系包括85%-95%的聚合單體、2%-20%的交聯(lián)劑和0.1%-10%的熱引發(fā)劑，所述熱引發(fā)劑包括過氧化氫、過硫酸鹽和氫過氧化物的一種或多種；所述聚合單體為含有雙鍵的化合物或者是可開環(huán)進行聚合的丙烯酸及其衍生物。
本發(fā)明使用的熱引發(fā)劑為水溶性、無機類、中溫型，可以均勻的溶解到電解液的溶劑中，可以得到均勻的凝膠態(tài)電解液，有效避免了其他類型引發(fā)劑不能均勻溶解到電解液溶劑中帶來的局部聚合不充分、電容器內(nèi)部短路等風險。
本發(fā)明采用溶液聚合的方式，熱引發(fā)劑均勻的分散到溶劑中，在加熱的情況下熱引發(fā)劑自身發(fā)生分解，斷裂，形成兩個初始自由基，繼而引發(fā)單體自由基發(fā)生聚合反應，得到的聚合體系的粘度比本體聚合低，混合和散熱比較容易，生產(chǎn)操作和溫度都易于控制，還可利用溶劑的蒸發(fā)以排除聚合熱。
常用的有機過氧化物聚合引發(fā)劑（例如：α,α`-偶氮二異丁腈）在其自身發(fā)生分解反應產(chǎn)生自由基的同時會產(chǎn)生氮氣而以在凝膠內(nèi)部包裹氣泡的狀態(tài)進行固化，由于氣泡的存在，難以得到均勻的凝膠狀高分子。
本發(fā)明中，引發(fā)劑分子含有弱鍵，通過加熱分解產(chǎn)生兩個初級自由基，初級自由基接著引發(fā)單體產(chǎn)生自由基從而發(fā)生鏈引發(fā)反應發(fā)生聚合反應從而形成凝膠態(tài)。如圖1所示為過硫酸鹽引發(fā)劑加熱分解成自由基的示意圖。
聚合過程中引發(fā)作用分為以下幾步:(1)引發(fā)劑在水相中分解成初始自由基；(2)初始自由基在水相（電解液在配制過程中甚至在配制完成后都會有水的存在）中引發(fā)聚合；(3)水相中的初始自由基單體擴散到乳膠粒中或單體液滴中；(4)自由基在乳膠粒中引發(fā)聚合，生成高分子聚合物，使得乳膠粒不斷長大。
第一階段一一乳膠粒生成期。從開始引發(fā)聚合,直至乳化劑形成的膠束消失,聚合速率遞增。水相中產(chǎn)生的自由基擴散進入膠束內(nèi)，進行引發(fā)、增長，不斷形成乳膠粒,同時水相中單體也可以引發(fā)聚合,吸附乳化劑分子形成乳膠粒。隨著引發(fā)聚合的繼續(xù)進行，增溶膠束不斷成核,乳膠粒不斷增多或增大，當單體轉(zhuǎn)化率15%左右，膠束全部消失，不再形成新的乳膠粒，以后引發(fā)聚合完全在乳膠粒內(nèi)進行。
第二階段一一恒速期。膠束消失后,聚合進入第二階段。鏈引發(fā)、增長和終止反應繼續(xù)在乳膠粒內(nèi)進行，液滴仍起著倉庫的作用,不斷向乳膠粒供應單體。乳膠粒中單體濃度保持不變，加上乳膠粒數(shù)恒定,這一階段的聚合速率也基本一定。單體轉(zhuǎn)化率達50%左右，液滴全部消失，單體全部進入乳膠粒，開始轉(zhuǎn)入第三階段。
第三階段一一降速期。乳膠粒內(nèi)由單體和聚合物兩部分組成，水中的自由基可以繼續(xù)擴散到乳膠粒引發(fā)或終止，但單體再無補充來源，聚合速率將隨乳膠粒內(nèi)單體濃度的降低而降低，直至聚合完成。
上述的基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器，優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基丙酯、甲基丙烯酸甲酯的一種或多種；所述聚合單體包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸乙酯的一種或多種。
上述的基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器，優(yōu)選的，所述溶液體系包括45%-65%的主溶劑、15%-25%的輔助溶劑、8-25%的主溶質(zhì)、2%-5%的副溶質(zhì)以及0.5%-3%的添加劑；所述主溶劑可以為乙二醇，所述輔助溶劑包括水、甘油、丙三醇、丙二醇和1，4-丁二醇的一種或多種。
本發(fā)明的主溶劑具備以下的特征1、物理化學性能穩(wěn)定；2、擁有較低的凝固點和較高的沸點；3、對所選用的溶質(zhì)或添加劑有較高的溶解度；4、不和鋁箔發(fā)生腐蝕等化學反應；5、價格相對低廉。
主溶劑往往很難同時兼?zhèn)渖鲜鲂阅?，需要添加輔助溶劑來改善相關性能，本發(fā)明中選用介電常數(shù)較大，高低溫性能優(yōu)良的輔助溶劑，一方面可以改善主溶劑高低溫特性，另一方面，兩種不同溶劑體系相互作用，有利于提高溶劑化作用，增大溶質(zhì)的溶解度和電離度。
上述的基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器，優(yōu)選的，所述主溶質(zhì)包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸銨、辛二酸銨、壬二酸銨、癸二酸銨、1,7-癸二酸銨、異癸二酸銨、烷基癸二酸銨、十二雙酸銨、2-己基己二酸的一種或多種；所述副溶質(zhì)包括硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸單丁酯、五硼酸銨、苯二酸、對苯二酸、檸檬酸的一種或多種。
上述的基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器，優(yōu)選的，所述添加劑包括硝基化合物，包括對硝基苯酚、鄰硝基苯酚、間二硝基苯、對硝基苯甲醚或?qū)ο趸郊状?、次亞磷酸銨的一種或多種。
本發(fā)明中輔助添加劑包括防水合劑和消氫劑，其中防水合劑，如：次亞磷酸銨能夠抑制鋁氧化膜發(fā)生水合作用，延長電容器使用壽命，消氫劑，如：對對硝基苯酚、鄰硝基苯酚、間二硝基苯、對硝基苯甲醚能夠吸收電解液修補氧化膜過程中在陰極產(chǎn)生的氫氣，從而有效避免電容器底突、開閥等不良狀況。
一種基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器的制備方法，包括一下步驟：1）將極箔和電解紙按照預設的尺寸進行裁切；
2）在裁切出來的正極箔和負極箔上分別鉚接上正極引線和負極引線，并且卷繞成芯包；
3）將芯包進行干燥；
4）制備溶液體系和溶液體系，并將溶液體系和溶液體系按照1:4-7:3的比例攪拌混合均勻，攪拌時間為10-30分鐘，4.1) 配制溶液體系，將主溶劑和輔助溶劑混合并加熱到90-120攝氏度，加入主溶質(zhì)和副溶質(zhì)，在110-140攝氏度的溫度下保溫30-60分鐘，冷卻到100攝氏度加入添加劑，并冷卻至室溫；4.2）配制溶液體系，將所用單體、交聯(lián)劑依次加入配液槽中，混合攪拌均勻后，加入熱引發(fā)劑，攪拌30-50分鐘；
5)運用真空含浸的方法，芯包含浸溶液體系和溶液體系的混合溶液；
6）將含浸有溶液體系和溶液體系的混合溶液的芯包，在溫度為65℃~105℃的烘箱內(nèi)固化20分鐘-4小時；
7）組立套管。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明的制備工藝，過程簡單、成本低，且所制備的鋁電解電容器低溫性能好、常溫抗浪涌電壓特性好及阻燃性能好。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1 為本發(fā)明中過硫酸鹽引發(fā)劑加熱分解成自由基的示意圖。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下文將結合較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。
需要特別說明的是，當某一元件被描述為“固定于、固接于、連接于或連通于”另一元件上時，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過其他中間連接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。
除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
實施例
如圖1所示的一種基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器，包括外殼和芯包，芯包密封在外殼內(nèi)；芯包內(nèi)部以及芯包與外殼之間形成有凝膠狀電解液，凝膠狀電解液為溶液體系和溶液體系在UV光的引發(fā)下聚合得到的凝膠狀高分子化合物，溶液體系和溶液體系的混合配比為1:4-7:3；溶液體系包括85%-95%的聚合單體、2%-20%的交聯(lián)劑和0.1%-10%的熱引發(fā)劑，熱引發(fā)劑包括過氧化氫、過硫酸鹽和氫過氧化物的一種或多種；聚合單體為含有雙鍵的化合物或者是可開環(huán)進行聚合的丙烯酸及其衍生物。
本發(fā)明中，交聯(lián)劑包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基丙酯、甲基丙烯酸甲酯的一種或多種；所述聚合單體包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸乙酯的一種或多種。
本發(fā)明中，溶液體系包括45%-65%的主溶劑、15%-25%的輔助溶劑、8-25%的主溶質(zhì)、2%-5%的副溶質(zhì)以及0.5%-3%的添加劑；所述主溶劑可以為乙二醇，所述輔助溶劑包括水、甘油、丙三醇、丙二醇和1，4-丁二醇的一種或多種。
本發(fā)明中，主溶質(zhì)包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸銨、辛二酸銨、壬二酸銨、癸二酸銨、1,7-癸二酸銨、異癸二酸銨、烷基癸二酸銨、十二雙酸銨、2-己基己二酸的一種或多種；所述副溶質(zhì)包括硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸單丁酯、五硼酸銨、苯二酸、對苯二酸、檸檬酸的一種或多種。
本發(fā)明中，添加劑包括硝基化合物，包括對硝基苯酚、鄰硝基苯酚、間二硝基苯、對硝基苯甲醚或?qū)ο趸郊状?、次亞磷酸銨的一種或多種。
本發(fā)明的基于熱固化凝膠電解液的鋁電解電容器的制備方法，包括一下步驟：1）將極箔和電解紙按照預設的尺寸進行裁切；
2）在裁切出來的正極箔和負極箔上分別鉚接上正極引線和負極引線，并且卷繞成芯包；
3）將芯包進行干燥；
4）制備溶液體系和溶液體系，并將溶液體系和溶液體系按照1:4-7:3的比例攪拌混合均勻，攪拌時間為10-30分鐘，4.1) 配制溶液體系，將主溶劑和輔助溶劑混合并加熱到90-120攝氏度，加入主溶質(zhì)和副溶質(zhì)，在110-140攝氏度的溫度下保溫30-60分鐘，冷卻到100攝氏度加入添加劑，并冷卻至室溫；4.2）配制溶液體系，將所用單體、交聯(lián)劑依次加入配液槽中，混合攪拌均勻后，加入熱引發(fā)劑，攪拌30-50分鐘；
5)運用真空含浸的方法，芯包含浸溶液體系和溶液體系的混合溶液；
6）將含浸有溶液體系和溶液體系的混合溶液的芯包，在溫度為65℃~105℃的烘箱內(nèi)固化20分鐘-4小時；
7）組立套管。
下面 為一個電解液的具體實施組分
溶劑體系
溶劑體系
熱固化溫度80℃-105℃，熱固化時間30min-2h均可。