一种片式电解电容器及其制备方法与流程

1.本发明涉及电解电容器技术领域，具体涉及一种片式电解电容器及其制备方法。


背景技术：

2.电解电容器是指在铝、钽、铌、钛等金属表面采用阳极氧化法生成一种薄层氧化物作为电介质，以其作为阴极而构成的电容器，电容器作为一种基础的电子元件，在两个靠近的导体中间，加上一层不导电的绝缘材料，在外加电压的情况下，能够起到储存电荷的作用，传统的电容器被广泛应用在电子电路中，起到隔直通交、滤波、退耦、调谐回路、转换能量等作用。随着各种工业领域对于产品轻量化的追求，铝电解电容器由于其具有优异的单位体积电容量、体积小、重量轻以及价格低廉的特点，被广泛应用于电子玩具、家用电器、开关照明、通信设备等领域，如今电子产业发展的十分迅速，对于电解电容器的要求也越来越高，铝电解电容器作为应用最为广泛的电容器之一，对其进行改进研究无可厚非的成为了人们夜以继日的工作目标，其中，电解液作为电容器中最为核心的内容，对它的改进是目前研究最多的方向。
3.铝电解电容器在使用过程中有着许多需要注意的地方，除了需要较高的导电率之外，应用于路由器、充电器、服务器等电子设备时，还需要具有能承受较高瞬间电压与电流冲击的性能，这就要求铝电解电容器需要有高的闪火电压，同时，为了提升铝电解电容器的使用寿命，带来经济效应，就需要提高电解液的修复性，减少漏电流的性能。公开号为cn113593908b的专利公开了一种铝电解电容器电解液、其制备方法及铝电解电容器，该铝电解电容器通过在电解液制备过程中，添加含氮的胺类或者酰胺类的缓蚀剂，利用极性基团间的吸附作用，改变金属表面的电荷状态以及界面性质，能够在非极性基团的分子表面形成一层保护膜提高工作电解液的耐腐蚀性能，进一步提高电解电容器的使用寿命，但是该电解电容器在漏电流以及提高闪火电压的性能上稍有欠缺。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种片式电解电容器，解决了以下几点技术问题：（1）铝电解电容器闪火电压不高的问题。（2）铝电解电容器漏电流修复性差漏电流的问题。（3）铝电解电容器使用时导电率不高的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种片式电解电容器的制备方法，包括以下制备步骤：步骤一、将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸按照需求裁切成指定宽度，将阳极导针与阳极铝箔铆接，阴极导针与阴极铝箔铆接后，将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸依次平铺层叠卷绕成芯子；步骤二、将芯子在0.25-0.45mpa下循环式加压含浸4-8次，使电解液充分吸附于芯子上；步骤三、将含浸好的芯子脱液，使用橡胶塞密封，进行束腰和卷边封口，然后外接
电源进行老练，修补电容内部的氧化膜缺陷，老练完成后，得到片式电解电容器；步骤二中，所述电解液包括以下重量份原料：70-100份溶剂、15-30份溶质、防水合剂2-6份、消氢剂1-2份、功能性添加剂2-5份；所述功能性添加剂是通过硅烷偶联剂对二氧化硅进行改性，再利用静电作用，依次在经改性的二氧化硅表面吸附磺酸基团和苯胺基团，然后通过原位聚合，在纳米二氧化硅表面修饰聚苯胺制得。
6.进一步地，所述电解液的制备方法为：将重量份的溶剂加热至130-150℃，保温10-20min，搅拌均匀，降温至115-120℃，加入重量份的溶质，充分搅拌至溶解，密封保温45-60min后，降温至90-100℃，加入重量份的防水合剂、消氢剂以及功能性添加剂，密封，冷却至室温，得到片式电解电容器用电解液。
7.进一步地，所述溶剂为乙二醇、γ-丁内酯、丙三醇中的任意一种或多种；所述溶质为己二酸铵、庚二酸铵、壬二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、硼酸中的任意一种或多种。
8.进一步地，所述防水合剂为磷酸、次亚磷酸、甘露糖醇、聚丙烯醇、己二酰二胺、山梨糖醇中的任意一种或多种。
9.进一步地，所述消氢剂为硝基苯甲酸、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇、苯甲酸铵、甘露醇中的任意一种或多种。
10.进一步地，所述功能性添加剂包括以下制备步骤：s1：将kh550加入无水乙醇与去离子水中，搅拌，充分混合后，加入纳米二氧化硅，继续搅拌充分混合后，静置2-4h，洗涤、干燥，得到氨基化二氧化硅；s2：将1-萘酚-3，6-二磺酸钠加入去离子水中，超声分散1-2h，得到分散液，加入氨基化二氧化硅，继续超声分散0.5-1h后搅拌2-6h，加入苯胺，搅拌1-5h后，过滤、洗涤、干燥，得到改性二氧化硅；s3：将改性二氧化硅加入去离子水中，超声分散1-2h后，加入苯胺，滴加过硫酸铵与盐酸的混合液，搅拌3-5h，冰浴反应，过滤、洗涤、干燥，得到功能性添加剂。
11.通过上述技术方案，利用kh550对纳米二氧化硅进行修饰，在纳米二氧化硅表面引入氨基，氨基在水溶液中带正电，利用带有正电的氨基与带有负电的磺酸基团之间的静电吸附作用，将1-萘酚-3，6-二磺酸钠吸附在二氧化硅表面，苯胺在水溶液中带正电，可以吸附在二氧化硅表面的磺酸基团上，在酸性条件下，通过过硫酸铵的引发，苯胺进行原位聚合反应，最终在纳米二氧化硅的表面形成带有磺酸基团的聚苯胺，得到功能性添加剂。
12.进一步地，所述纳米二氧化硅粒径为20-200nm。
13.进一步地，步骤s3中，所述冰浴反应温度为0-5℃，时间为12-24h。
14.一种片式电解电容器，采用上述制备方法制得。
15.本发明的有益效果：本发明通过制备功能性添加剂，该功能性添加剂由纳米二氧化硅作为基体，经过氨化后的二氧化硅表面产生了带有正电的氨基，可以更好的与1-萘酚-3，6-二磺酸钠中的磺酸基团产生静电吸附作用，使二者紧密结合，加入苯胺后，由于1-萘酚-3，6-二磺酸钠具有优异的亲水性，其偶氮上的磺酸基团能够进入苯胺分子中促进它进行结晶生成聚苯胺，通过聚苯胺具有优良的耐高温性与稳定性，可以在电解电容器工作产生的高温环境中提升
电解液的耐高温性能，同时，经过表面改性后的二氧化硅可以吸附在阳极氧化膜的孔洞中，能够阻止水或者其他物质对氧化铝膜的接触，可以有效的提高电解液的闪火电压，对电解电容器起到保护作用，降低电解电容器的漏电流性，而磺酸基团与聚苯胺结合后能够提高电解液的修复能力，在改善聚苯胺溶解性能的同时显著提高导电率，并且磺酸基团与聚苯胺结合后会在电解液中形成少量的胶束，能够吸附在氧化铝的薄膜表面防止其被破坏，能够延缓腐蚀速率防止氧化铝膜的脱落，从而进一步降低漏电流的可能性，提升电解电容器的使用寿命，带来显著的经济效应。
16.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例1中氨基化二氧化硅、改性二氧化硅以及功能性添加剂的红外谱图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例1一种片式电解电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将70份乙二醇加热至130℃，保温10min，搅拌均匀，降温至115℃，加入15份质量比为4：3的硼酸与壬二酸铵，充分搅拌至溶解，密封保温45min后，降温至90℃，加入2份己二酰二胺、1份对硝基苯甲酸、2份功能性添加剂，密封，冷却至室温，得到电解液；步骤二、将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸按照需求裁切成指定宽度，将阳极导针与阳极铝箔铆接，阴极导针与阴极铝箔铆接后，将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸依次平铺层叠卷绕成芯子；步骤三、将芯子在0.25mpa下加压含浸4次，使步骤1中制备的电解液充分吸附于芯子上；步骤四、将含浸好的芯子脱液，使用橡胶塞密封，进行束腰和卷边封口，然后外接电源进行老练，修补电容内部的氧化膜缺陷，老练完成后，得到片式电解电容器。
21.其中，功能性添加剂的制备方法包括以下制备步骤：s1：将3g的kh550加入25ml无水乙醇与5ml去离子水中，搅拌，充分混合后，加入2g的二氧化硅，继续搅拌至充分混合后，静置2h，洗涤、干燥，得到氨基化二氧化硅；s2：将0.5g的1-萘酚-3，6-二磺酸钠加入40ml去离子水中，超声分散1h，得到分散液，加入2g氨基化二氧化硅，继续超声分散0.5h后，加入0.2ml的苯胺，搅拌1h，过滤、洗涤、
干燥，得到改性二氧化硅；s3：将0.06g的过硫酸铵与8ml浓度为1mol/l的盐酸混合搅拌形成混合液备用，将2g改性二氧化硅加入50ml去离子水中，超声分散1h后，加入0.3ml苯胺，滴加全部混合液，搅拌3h后，0℃冰浴环境下反应12h，过滤、洗涤、干燥，得到功能性添加剂。
22.使用ftir920傅立叶变换红外光谱仪对氨基化二氧化硅、改性二氧化硅以及功能性添加剂进行表征，结果见图1，由图1观察可知，氨基化二氧化硅的红外光谱中，3450cm-1
处为氨基的吸收峰，改性二氧化硅的红外光谱中1190cm-1
、1070cm-1
、622cm-1
、531cm-1
处分别出现的吸收峰为-so3h的特征峰，在748cm-1
、1085cm-1
处出现的吸收峰为萘酚的特征峰，在1650cm-1
处出现伯胺的n-h吸收峰，在1085cm-1
处出现c-n键吸收峰，功能性添加剂的红外光谱中，1558cm-1
处为聚苯胺中c=n的吸收峰，1296cm-1
处为聚苯胺中c-n的吸收峰，1465cm-1
处为苯环中c=c的骨架振动峰，790cm-1
处为苯环的c-h弯曲振动峰。
23.实施例2一种片式电解电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将80份乙二醇加热至140℃，保温15min，搅拌均匀，降温至117℃，加入20份质量比为4：3的十二双酸铵与己二酸铵，充分搅拌至溶解，密封保温50min后，降温至95℃，加入4份山梨糖醇、1份对硝基苯酚、3份功能性添加剂，密封，冷却至室温，得到电解液；步骤二、将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸按照需求裁切成指定宽度，将阳极导针与阳极铝箔铆接，阴极导针与阴极铝箔铆接后，将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸依次平铺层叠卷绕成芯子；步骤三、将芯子在0.35mpa下加压含浸6次，使步骤1中制备的电解液充分吸附于芯子上；步骤四、将含浸好的芯子脱液，使用橡胶塞密封，进行束腰和卷边封口，然后外接电源进行老练，修补电容内部的氧化膜缺陷，老练完成后，得到片式电解电容器。
24.其中，功能性添加剂的制备方法与实施例1相同。
25.实施例3一种片式电解电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将100份乙二醇加热至150℃，保温20min，搅拌均匀，降温至120℃，加入30份质量比为4：3的硼酸与癸二酸铵，充分搅拌至溶解，密封保温50min后，降温至95℃，加入6份次亚磷酸、2份甘露醇、5份功能性添加剂，密封，冷却至室温，得到电解液；步骤二、将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸按照需求裁切成指定宽度，将阳极导针与阳极铝箔铆接，阴极导针与阴极铝箔铆接后，将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸依次平铺层叠卷绕成芯子；步骤三、将芯子在0.45mpa下加压含浸8次，使步骤1中制备的电解液充分吸附于芯子上；步骤四、将含浸好的芯子脱液，使用橡胶塞密封，进行束腰和卷边封口，然后外接电源进行老练，修补电容内部的氧化膜缺陷，老练完成后，得到片式电解电容器。
26.其中，功能性添加剂的制备方法与实施例1相同。
27.对比例1一种片式电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将80份乙二醇加热至140℃，保温15min，搅拌均匀，降温至117℃，加入20份质量比为4：3的十二双酸铵与己二酸铵，充分搅拌至溶解，密封保温50min后，降温至95℃，加入4份山梨糖醇、1份对硝基苯酚，密封，冷却至室温，得到电解液；步骤二、将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸按照需求裁切成指定宽度，将阳极导针与阳极铝箔铆接，阴极导针与阴极铝箔铆接后，将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸依次平铺层叠卷绕成芯子；步骤三、将芯子在0.35mpa下加压含浸6次，使步骤1中制备的电解液充分吸附于芯子上；步骤四、将含浸好的芯子脱液，使用橡胶塞密封，进行束腰和卷边封口，然后外接电源进行老练，修补电容内部的氧化膜缺陷，老练完成后，得到片式电解电容器。
28.对比例2一种片式电解电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将80份乙二醇加热至140℃，保温15min，搅拌均匀，降温至117℃，加入20份质量比为4：3的十二双酸铵与己二酸铵，充分搅拌至溶解，密封保温50min后，降温至95℃，加入4份山梨糖醇、1份对硝基苯酚、3份纳米二氧化硅，密封，冷却至室温，得到电解液；步骤二、将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸按照需求裁切成指定宽度，将阳极导针与阳极铝箔铆接，阴极导针与阴极铝箔铆接后，将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸依次平铺层叠卷绕成芯子；步骤三、将芯子在0.35mpa下加压含浸6次，使步骤1中制备的电解液充分吸附于芯子上；步骤四、将含浸好的芯子脱液，使用橡胶塞密封，进行束腰和卷边封口，然后外接电源进行老练，修补电容内部的氧化膜缺陷，老练完成后，得到片式电解电容器。
29.对比例3一种片式电解电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将80份乙二醇加热至140℃，保温15min，搅拌均匀，降温至117℃，加入20份质量比为4：3的十二双酸铵与己二酸铵，充分搅拌至溶解，密封保温50min后，降温至95℃，加入4份山梨糖醇、1份对硝基苯酚、3份聚苯胺，密封，冷却至室温，得到电解液；步骤二、将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸按照需求裁切成指定宽度，将阳极导针与阳极铝箔铆接，阴极导针与阴极铝箔铆接后，将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸依次平铺层叠卷绕成芯子；步骤三、将芯子在0.35mpa下加压含浸6次，使步骤1中制备的电解液充分吸附于芯子上；步骤四、将含浸好的芯子脱液，使用橡胶塞密封，进行束腰和卷边封口，然后外接电源进行老练，修补电容内部的氧化膜缺陷，老练完成后，得到片式电解电容器。
30.性能检测将实施例1-实施例3，对比例1-对比例3制备得到的电解电容器作为样品，使用tv-1ch型智能tv测试仪对样品进行闪火电压、导电率、漏电流性能进行初始检测以及样品在130℃下负荷3000h后的值进行检测，测试结果见下表：
，由上表可知，实施例1-实施例3所制备的电解电容器具有优良的低漏电性能、耐闪火高压性能以及优异的电导率，且在经过高温负荷长时间后，各项数据变化不大，说明其具有优异的耐高温性能，对比例1制备的电解电容器与实施例相比，没有添加功能性添加剂，所以在各项性能中均处于较差的水平，对比例2制备的电解电容器与实施例制备的电解电容器相比，直接使用纳米二氧化硅作为添加剂，可以看出对比例2中制备的电解电容器具有高闪火电压，但是其电导率以及低漏电流的性能均不高，在经过高温负荷工作长时间后各项数据变化较大，耐高温性能不好，对比例3制备的电解电容器与实施例制备的电解电容器相比，直接添加耐高温的聚苯胺，虽然闪火电压、低漏电流、以及电导率均不高但是其耐高温的性能较高与实施例相差不大。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
32.以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种片式电解电容器的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤一、将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸按照需求裁切成指定宽度，将阳极导针与阳极铝箔铆接，阴极导针与阴极铝箔铆接后，将阳极铝箔、第一电解纸、阴极铝箔、第二电解纸依次平铺层叠卷绕成芯子；步骤二、将芯子在0.25-0.45mpa下循环式加压含浸4-8次，使电解液充分吸附于芯子上；步骤三、将含浸好的芯子脱液，使用橡胶塞密封，进行束腰和卷边封口，然后外接电源进行老练，修补电容内部的氧化膜缺陷，老练完成后，得到片式电解电容器；步骤二中，所述电解液包括以下重量份原料：70-100份溶剂、15-30份溶质、防水合剂2-6份、消氢剂1-2份、功能性添加剂2-5份；所述功能性添加剂是通过硅烷偶联剂对二氧化硅进行改性，再利用静电作用，依次在经改性的二氧化硅表面吸附磺酸基团和苯胺基团，然后通过原位聚合，在纳米二氧化硅表面修饰聚苯胺制得。2.根据权利要求1所述的一种片式电解电容器的制备方法，其特征在于，所述电解液的制备方法为：将重量份的溶剂加热至130-150℃，保温10-20min，搅拌均匀，降温至115-120℃，加入重量份的溶质，充分搅拌至溶解，密封保温45-60min后，降温至90-100℃，加入重量份的防水合剂、消氢剂以及功能性添加剂，密封，冷却至室温，得到片式电解电容器用电解液。3.根据权利要求2所述的一种片式电解电容器的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙二醇、γ-丁内酯、丙三醇中的任意一种或多种；所述溶质为己二酸铵、庚二酸铵、壬二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二双酸铵、硼酸中的任意一种或多种。4.根据权利要求2所述的一种片式电解电容器的制备方法，其特征在于，所述防水合剂为磷酸、次亚磷酸、甘露糖醇、聚丙烯醇、己二酰二胺、山梨糖醇中的任意一种或多种。5.根据权利要求2所述的一种片式电解电容器的制备方法，其特征在于，所述消氢剂为硝基苯甲酸、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇、苯甲酸铵、甘露醇中的任意一种或多种。6.根据权利要求2所述的一种片式电解电容器的制备方法，其特征在于，所述功能性添加剂包括以下制备步骤：s1：将kh550加入无水乙醇与去离子水中，搅拌，充分混合后，加入纳米二氧化硅，继续搅拌充分混合后，静置2-4h，洗涤、干燥，得到氨基化二氧化硅；s2：将1-萘酚-3，6-二磺酸钠加入去离子水中，超声分散1-2h，得到分散液，加入氨基化二氧化硅，继续超声分散0.5-1h后搅拌2-6h，加入苯胺，搅拌1-5h后，过滤、洗涤、干燥，得到改性二氧化硅；s3：将改性二氧化硅加入去离子水中，超声分散1-2h后，加入苯胺，滴加过硫酸铵与盐酸的混合液，搅拌3-5h，冰浴反应，过滤、洗涤、干燥，得到功能性添加剂。7.根据权利要求6所述的一种片式电解电容器的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅粒径为20-200nm。8.根据权利要求6所述的一种片式电解电容器的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述冰浴反应温度为0-5℃，时间为12-24h。9.一种片式电解电容器，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明涉及电解电容器技术领域，公开了一种片式电解电容器及其制备方法，其中，片式电解电容器用电解液包括以下原料：溶剂、溶质、防水合剂、消氢剂、功能性添加剂，本发明通过硅烷偶联剂对二氧化硅进行改性，再利用静电作用，依次在经改性的二氧化硅表面吸附磺酸基团和苯胺基团，通过原位聚合，在纳米二氧化硅表面修饰聚苯胺制得功能性添加剂，提升电解液的耐高温与自修复的性能，降低电解电容器的漏电流性，利用纳米粒子提高电解液的闪火电压对电解电容器起到保护作用，提升电解电容器的使用寿命，带来显著的经济效应。带来显著的经济效应。带来显著的经济效应。


技术研发人员：王志雄 王德全 罗志刚 李深广 姚中锋
受保护的技术使用者：深圳市新中元电子有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/8/9