一种固态铝电解电容器的制造方法

一种固态铝电解电容器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态电容，特别涉及一种具有低等效串连电感且工作稳定、使用寿命长的固态铝电解电容器。
【背景技术】
[0002]电容器作为一种储能元件，在电路中主要用来进行调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时控制操作。其中，固态电解质铝电解电容器以导电性高分子材料作为电容器阴极材料的电容器，由于其结构与普通液体铝电容器基本相同，只不过将原来的液体部分替换为现在的固体部分。在外形上与原来的铝电容器没有任何区别，所以客户无需改变电路板结构，根据设计需要直接替换固体铝电容器。另外，固态电容的电解质材料为功能性导电高分子，能大幅提升产品的稳定度与安全性，同时，它与液态铝质电解电容最大差别在于所使用的电解质材料，过去铝质电解电容所使用的电解质材料是离子性电解液，而固态电容则是导电性高分子材料，因而性能也更加优越。
[0003]近年来，随着中央处理器(CPU)运算频率及晶体管数目不断的增加，为求系统稳定，英特尔(Intel)建议主板(MB)厂商，在新一代的主板上使用固态电容，随之越来越多的主板厂商都将自家的高端主板的处理器供电部分均采用的是固态电容。同时，随着手持式电子设备的日益增多以及个人计算机技术的发展，数字电路的小型化、高性能化要求也越来越高，相关的多媒体设备(如数码录像机、个人电脑、数字电视机等)已具备了高速特征，这些高速电子产品的发展对电容器提出了大容量、高频低阻抗、长寿命、耐高纹波电流等性能要求，传统的铝电解电容器由于使用了离子传导性液体电解质，因而有高频段的阻抗高、温度特性不良的问题。而铝电解电容器的大电容量、低ESR值以及高可靠性也变得越来越重要，固体铝电解电容器使用电子传导性的固体电解质(电导率达到10~102S/cm)，具有比液体电解质(电导率< 10-2 S/cm高得多的电导率，有效克服了液体电解电容器在高频段的上述缺点，满足了高速电子产品对电容器的要求。
[0004]而现有技术中的铝电解电容器的失效主要由电路的短路导致，当短路电路中的电流超过1A，电容器内部温度将会上升，内部压力增大，封口橡胶将可能会凸起甚至开启，电容器会释放出有害气体。而当电容器极性接反，电路板上电压较高的时候，会在电容器内部形成很大的电流，大电流导致电容器急速发热，可能导致电容器内部温度高于内部电解质或者导电材料的分解温度时，也会促使固体电解质分解失效，放出有害气体。而即使正常使用，这类电容器在充放电电路中长时间使用后，阴极箔端由于伴生成膜反应等副反应而生成氢气等产物，导致电容器内压上升使电解液容易从封口体上的阴极线贯通孔中渗出使其发生漏电、短路等现象，导致固体铝电容器的特性会发生衰减，比如容量下降、ESR上升等电容器的特性劣化，进而影响到电容器本身的稳定性和使用寿命。

【发明内容】

[0005]本发明所解决的技术问题在于提供一种固态铝电解电容器.，这种铝电解电容器为一种大电容、可靠性高的电解电容器，其工作稳定性好，使用寿命长，可用以解决上述技术背景中的缺陷。
[0006]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种固态销电解电容器.，包括电容器本体以及一个带开口的电容器壳体，电容器本体通过电解液进行浸渍处理并固定在电容器壳体中，所述电容器本体为双层卷绕结构，包括阴极单元以及阳极单元，所述阴极单元以及阳极单元中分别包括阳极箔和阴极箔，阳极箔和阴极箔分别通过导电胶粘剂成型在两张厚度为150~300 μ m导电纸的背面，而在导电纸的下部成型有一层厚度为500~800 μπι绝缘树脂胶片，绝缘树脂胶片在导电纸的腹面边缘包边并在包边位置处通过胶粘剂固连；另外，在阴极单元的绝缘树脂胶片与导电纸之间的腔结构中填充有一层由煤焦粉、人造石墨粉、TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐制成的导电填充剂；而在阳极单元的绝缘树脂胶片与导电纸之间的腔结构中填充有一层聚噻吩系或者聚苯胺系的导电性高分子材料层。
[0007]—种导电填充剂的制备方法，包括以下组分和质量份的原料:
煤焦粉30~40份
人造石墨粉15~20份
CO3S45-8 份
TCNQ的铜离子络合盐2~3份
EDTA的铜离子络合盐2~3份煤沥青20~25份
制备时包括以下具体操作步骤:
1、将煤焦粉、人造石墨粉、CO3S4, TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐按质量份比例配比原料。
[0008]2、将煤焦粉和人造石墨粉碾细为粒径为30~50 μπι的细微颗粒，然后一同加入去离子水中进行超声波分散，分散时间2小时后干燥、备用。
[0009]3、将步骤2中处理的煤焦粉和人造石墨粉与C03S4、TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐混合均匀后投入捏合机内捏合，再加入温度为160~180°C、软化点为80-85 0C的煤沥青制得糊料。
[0010]4、将步骤3中制备的糊料在惰性气体条件以及1700~1900°C的温度条件下进行焙烧，焙烧3个小时后成型即得导电填充剂成品。
[0011]在本发明中，所述阴极箔为经过4~6mol/L的盐酸进行腐蚀处理后的铝腐蚀箔，且连接此阴极箔的阴极端子表面经过铁离子刻蚀处理，且阴极端子的表面的刻蚀倍率为5?10%。
[0012]在本发明中，所述导电纸的背面上涂有一层混合材料，此混合材料为碳胶、银胶以及石油焦粉的均匀混合物，且碳胶、银胶以及石油焦粉的比例为1: 1: 2，其中，石油焦粉的适用标准为:粒径< 2mm，灰份< 0.5%，含铁量< 0.1%，碳含量彡98%，含硫量< 1%。
[0013]在本发明中，所述导电纸也可以直接使用铝箔或者铜箔进行替代。
[0014]在本发明中，所述胶粘剂为聚酰亚胺导电胶。
[0015]在本发明中，所述导电填充剂与导电性高分子材料层的厚度一致，且厚度值的选择范围为600~1200 μπι。
[0016]在本发明中，阴极单元以及阳极单元的平均密度处于0.5~1.8g/cm3的范围之内，且厚度< 2100 μπι。
[0017]在本发明中，所述导电性高分子材料层中各组分的杂质含量应控制在以下范围之内:Na 20ppm、K lOppm，S 300ppm，Fe 120ppm，P 180ppm。
[0018]在本发明中，所述绝缘树脂胶片优选采用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂或者聚苯乙烯树脂中的一种，且在绝缘树脂胶片内侧涂有一层10~20μπι的绝缘膜以提高其绝缘效果。
[0019]有益效果:本发明提供了一种大电容、可靠性高的铝电解电容器，这种铝电解电容器能有效提高电容的充放电特性，同时可防止以电解电容器中的阴极内部端子附近为起点的短路的发生，尤其适合于在周期短且电压差大的充放电电路中使用时，可有效提高电解电容器的性能，延长相关设备的使用寿命。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的实施例的结构示意图。
[0021]图2为本发明的实施例的电容器元件展开示意图。
[0022]图3为本发明的阴极单元剖面细节图。
[0023]图4为本发明的阳极单元剖面细节图。
[0024]其中:1、电容器元件；2、阳极端子；3、阴极端子；4、电解液；5、金属壳体；6、封口体；7、涂布层；8、阴极单元；9、阴极导电纸；10、阳极导电纸；11、阳极端子连接片；12、阳极单元；13、阴极端子连接片；14、包边；15、阴极箔；16、导电填充剂；17、绝缘树脂胶片；18、导电性高分子材料层；19、阳极箔。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0026]参见图1~图4的一种固态铝电解电容器.的较佳实施例的相关示意图，在实施例中，铝电解电容器包括电容器元件1，此电容器元件I封装在金属壳体5中，同时，在金属壳体5中还填充有电解液4，电解液4浸渍电容器元件I并在端部通过封口体6进行封闭，封口体6为双层结构，其内层为硅胶树脂，外层为丁基橡胶，其厚度之比为2:1，同时，在金属壳体5末端还设置有涂布层7封闭封口体6。
[0027]电容器元件I为双层卷绕结构，包括阴极单元8以及阳极单元12，其中阳光及单元电容器元件I为双层结构卷绕而成，其阳极导电纸10成型在阳极单元12表面，通过对铝箔实施侵蚀处理，使表面粗面化后采用阳极氧化处理形成电介质氧化膜而制作的，阳极单元12的绝缘树脂胶片17外缘设置有包边14，包边14翻边并包裹阳极导电纸10，且在包边14的位置边缘通过聚酰亚胺导电胶进行粘接，阳极导电纸10与绝缘树脂胶片17之间填充有一层 Na ^ 20ppm、K ^ lOppm，S ^ 300ppm, Fe ^ 120ppm，P ^ 180ppm 的导电性高分子材料层18作为导电结构单元，而阳极箔19则成型在阳极导电纸10的内侧面。
[0028]阴极单元8 中的阴极箔15为经过5mol/L、赋能电压在150V的盐酸腐蚀液赋能化成的铝腐蚀箔，且连接此阴极箔15的阴极端子连接片13以及与阴极端子连接片13直连的阴极端子3表面经过铁离子刻蚀处理，且阴极端子连接片13与阴极端子3的表面的刻蚀倍率为5%，另外，在阴极导电纸9与阴极单元8的绝缘树脂胶片17之间填充有导电填充剂16作为导电结构单元。而在实施例中，导电填充剂16与导电性高分子材料层18的厚度一致，均为 1000 μπι。
[0029]在实施例一中，导电填充剂16由下列组分的原料制成:
煤焦粉35份人造石墨粉15份
CO3S47 份
TCNQ的铜离子络合盐2份
EDTA的铜离子络合盐2份煤沥青23份
制备时将煤焦粉、人造石墨粉、CO3S4, TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐按质量份比例配比原料，将其中的煤焦粉和人造石墨粉碾细为粒径为30~50 μπι的细微颗粒，然后一同加入去离子水中进行超声波分散，分散时间为2小时。然后将处理完成后的煤焦粉和人造石墨粉与C03S4、TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐混合均匀后投入捏合机内捏合，再加入温度为160°C、软化点为82°C的煤沥青制得糊料，然后将糊料在惰性气体条件以及1900°C的温度条件下进行3小时的焙烧处理即得导电填充剂16成品，然后将此导电填充剂16填充在阴极导电纸9与绝缘树脂胶片17之间制成阴极单元8。
[0030]而在另一实施例中，导电填充剂16由下列组分的原料制成:
煤焦粉30份人造石墨粉20份
CO3S48 份
TCNQ的铜离子络合盐3份
EDTA的铜离子络合盐3份煤沥青20份
制备时将煤焦粉、人造石墨粉、CO3S4, TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐按质量份比例配比原料，将其中的煤焦粉和人造石墨粉碾细为粒径为30~50 μπι的细微颗粒，然后一同加入去离子水中进行超声波分散，分散时间为2小时。然后将处理完成后的煤焦粉和人造石墨粉与C03S4、TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐混合均匀后投入捏合机内捏合，再加入温度为180°C、软化点为85°C的煤沥青制得糊料，然后将糊料在惰性气体条件以及1850°C的温度条件下进行3小时的焙烧处理即得导电填充剂成品，然后将此导电填充剂16填充在阴极导电纸9与绝缘树脂胶片17之间制成阴极单元8。
[0031]在本发明的实施例中，在阴极导电纸9与阳极导电纸10的内侧表面涂有一层混合材料，此混合材料为碳胶、银胶以及石油焦粉的均匀混合物，碳胶、银胶以及石油焦粉的比例为1: 1: 2，其中，石油焦粉的粒径为2mm，灰份为0.3%，含铁量0.05%，含碳量98%，含硫量1%。
[0032]在本发明的实施例中，阴极单元8以及阳极单元12中的绝缘树脂胶片17为聚酰亚胺树脂制成，且在其内侧涂有一层20 μπι的绝缘膜以提高其绝缘效果，且在实施例中，阴极单元8的平均密度为1.2g/cm3，阳极单元12的平均密度为1.4g/cm3，且两者厚度均为2000 μ mo另外，在金属壳体5外侧通过封装树脂覆盖保护，而内侧同样涂有一层30 μ m的同性绝缘膜以避免铝壳本体内壁直接与电容芯子中的阴、阳两极接触而使电容器产生短路。
[0033]由于封口体6将金属壳体5的开口部密封，其上开有供阳极端子2以及阴极端子3伸出的孔，而阳极端子2与阴极端子3在金属壳体5内分别与阳极端子连接片11以及阴极端子连接片13固连。
[0034]在实施例一的条件下，其成品电容器在温度90°C、相对湿度90%的极限环境下，无负载地进行1000小时的可靠性试验，其样品有液体渗漏为0.22%，失效率为0.1%。
[0035]在实施例二的条件下，其成品电容器在温度90°C、相对湿度90%的极限环境下，无负载地进行1000小时的可靠性试验，其样品有液体渗漏为0.15%，失效率为0.07%。
[0036]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种固态铝电解电容器.，包括电容器本体以及一个带开口的电容器壳体，其特征在于，电容器本体通过电解液进行浸渍处理并固定在电容器壳体中，所述电容器本体为双层卷绕结构，包括阴极单元以及阳极单元，所述阴极单元以及阳极单元中分别包括阳极箔和阴极箔，阳极箔和阴极箔分别通过导电胶粘剂成型在两张厚度为150~300 μπι导电纸的背面，而在导电纸的下部成型有一层厚度为500~800 μ m绝缘树脂胶片，绝缘树脂胶片在导电纸的腹面边缘包边并在包边位置处通过胶粘剂固连；另外，在阴极单元的绝缘树脂胶片与导电纸之间的腔结构中填充有一层由煤焦粉、人造石墨粉、TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐制成的导电填充剂；而在阳极单元的绝缘树脂胶片与导电纸之间的腔结构中填充有一层聚噻吩系或者聚苯胺系的导电性高分子材料层。2.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，所述阴极箔为经过4~6mol/L的盐酸进行腐蚀处理后的铝腐蚀箔，且连接此阴极箔的阴极端子表面经过铁离子刻蚀处理，且阴极端子的表面的刻蚀倍率为5~10%。3.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，所述导电纸的背面上涂有一层混合材料，此混合材料为碳胶、银胶以及石油焦粉的均匀混合物，且碳胶、银胶以及石油焦粉的比例为1:1:2。4.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，所述石油焦粉的适用标准为:粒径< 2mm，灰份< 0.5%，含铁量< 0.1%，碳含量彡98%，含硫量< 1%。5.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，所述胶粘剂为聚酰亚胺导电胶。6.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，所述导电填充剂与导电性高分子材料层的厚度一致，且厚度值的选择范围为600~1200 μπι。7.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，阴极单元以及阳极单元的平均密度处于0.5-1.8g/cm3的范围之内，且厚度彡2100 μm。8.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，所述导电性高分子材料层中各组分的杂质含量应控制在以下范围之内:Na ( 20ppm、K ( lOppm，S ( 300ppm，Fe 120ppm，P 180ppm。9.根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，根据权利要求1所述的一种固态铝电解电容器.，其特征在于，所述绝缘树脂胶片优选采用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂或者聚苯乙烯树脂中的一种，且在绝缘树脂胶片内侧涂有一层10~20 ym的绝缘膜以提高其绝缘效果。10.一种导电填充剂的制备方法，其特征在于，包括以下组分和质量份的原料:煤焦粉30~40份 人造石墨粉15~20份 CO3S45-8 份 TCNQ的铜离子络合盐2~3份 EDTA的铜离子络合盐2~3份煤沥青20~25份 制备时包括以下具体操作步骤: ①、将煤焦粉、人造石墨粉、C03S4、TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐按质量份比例配比原料； ②、将煤焦粉和人造石墨粉碾细为粒径为30~50μπι的细微颗粒，然后一同加入去离子水中进行超声波分散，分散时间2小时后干燥、备用； ③、将步骤2中处理的煤焦粉和人造石墨粉与C03S4、TCNQ的铜离子络合盐以及EDTA的铜离子络合盐混合均匀后投入捏合机内捏合，再加入温度为160~180°C、软化点为80~85°C的煤沥青制得糊料； ④、将步骤3中制备的糊料在惰性气体条件以及1700~1900°C的温度条件下进行焙烧，焙烧3个小时后成型即得导电填充剂成品。
【专利摘要】一种固态铝电解电容器，包括电容器本体以及一个带开口的电容器壳体，其电容器包括阴极单元以及阳极单元，阴极单元以及阳极单元的阳极箔和阴极箔分别通过导电胶粘剂成型在两张厚度为150~300μm导电纸的背面，而在导电纸的下部成型有一层厚度为500~800μm绝缘树脂胶片，绝缘树脂胶片在导电纸的腹面边缘包边并在包边位置处通过胶粘剂固连；另外，在阴极单元的绝缘树脂胶片与导电纸之间的腔结构中填充有一层导电填充剂；而在阳极单元的绝缘树脂胶片与导电纸之间的腔结构中填充有一层聚噻吩系或者聚苯胺系的导电性高分子材料层。本发明性能稳定可靠、使用寿命长，能有效降低相关元器件的生产成本。
【IPC分类】H01G9/15, H01G9/00, H01G9/08
【公开号】CN104882286
【申请号】CN201510309073
【发明人】蔡锦丰, 朱涵远
【申请人】湖南柯立凯科技开发有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月9日