一种聚合物固体铝电解电容器的制造方法与流程

本发明涉及电解电容器
技术领域：
，特别涉及一种聚合物固体铝电解电容器的制造方法。
背景技术：
：固体电解电容器相比较普通的液体电解电容器，其电性能很突出，具有等效串联电阻(esr)低、耐纹波电流高、使用寿命长、性能稳定等优点。随着电子产品的不断升级换代，其功能及性能的不断提高，对电容器的高频特性要求也越来越高，人们做出不同的安装方式来实现不同的安装要求，同时还通过各种途径来降低固体电解电容器的等效串联电阻(esr)，以满足电容器的高频特性。目前，电解电容器的制造方法包括依次进行的卷绕形成芯包的步骤，碳化步骤，对芯包进行化成修复处理的化成步骤，含浸单体步骤，含浸氧化剂步骤，加热聚合步骤，封装步骤以及老化步骤，其中化成步骤也是十分的重要，其化成的结果直接影响电容器的esr值。然而，在现有技术中，其采用的化成步骤包括：取一传递框，传递框具有上端敞开的容置空间，传递框的底部均布有多个通孔，将多个芯包紧密排列在传递框的容置空间内形成多个芯包排，并使各芯包排内的各个芯包上的正极引出片排成一排，然后用夹板将所述一排正极引出片的自由端夹住，最后将传递框放入装有化成液的化成槽内，使化成槽内的化成液的液位与芯包的上沿齐平，夹板连接电源正极，加电进行化成，所述夹板包括由酚醛树脂构成的一对夹板本体和设置于一对夹板本体的内表面上用于夹持正极引出片的铝带。根据上述的化成方法，在实际操作中发现：这种将化成液通过传递框或化成槽相连接成为负极的化成方式有个致命的问题，就是正极箔接上电压后，虽然是与负极箔之间隔有电解纸，但由于化成液有一定的电阻值，在液体中有一定的压降，这样负极箔必然会承担一定的电压值，由于负极的耐压很低，承受电压后，表面的功能层会有一定程度的损坏，特别是正负箔有毛刺后，施加在负极箔上的电压更高，负极箔破坏更加严重。破坏的结果会表现为esr串联等效电阻升高，而且esr值的大小波动较大，产品均一性不好，不良率较高。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的聚合物固体铝电解电容器的制造方法，其不仅能够降低电容器的串联等效电阻，而且同批次电容器的esr值的大小波动幅度小，产品的均一性好，不良率也有所下降。为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：一种聚合物固体铝电解电容器的制造方法，该聚合物固体铝电解电容器包括铝壳、设置于铝壳内的芯包、设置在芯包顶部且与铝壳密封连接的胶盖、正极端子、负极端子，芯包包括正极箔、负极箔、设置在正极箔与负极箔之间的电解纸以及聚合物电解质，其中正极端子位于芯包的一端且铆接于正极箔上，负极端子与铝壳的底部相连接，负极箔通过导电胶与铝壳相连，该电容器的制造方法包括依次进行的卷绕形成芯包的步骤，碳化步骤，化成步骤，含浸步骤，加热聚合步骤，封装步骤以及老化步骤，其中卷绕芯包步骤为：将正极端子连接到正极箔的一端部上，然后在正极箔和负极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包，其中所得芯包中负极箔超出正极箔和电解纸而外露；化成步骤为：先将所述芯包放入具有化成液的化成槽内，然后将芯包的正极端子与化成电源的正极电连接，使得化成电源正极与正极箔相连；同时将芯包的负极箔的外露部分与化成电源的负极电连接，使得化成电源负极与负极箔相连，最后开启化成电源，同时对芯包的正极箔和负极箔通电，将电压施加在正极箔与负极箔上；封装步骤为：将底部连接有负极端子的铝壳的内部底面上涂覆导电胶，然后将芯包通过胶盖定位在铝壳中、且芯包的负极箔的外露部分位于导电胶的上方，接着加热使导电胶固化，使得负极端子能够与负极箔的外露部分通过导电胶和铝壳相电连接，然后将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即完成封装。优选地，化成步骤中，将芯包竖立放置在化成槽内，正极端子朝上、负极箔的外露部分朝下设置，化成槽内的化成液的液位与芯包的上沿齐平。根据本发明的一个具体实施和优选方面，化成槽为金属盒，多个芯包分别自负极箔的外露部分架设在金属盒中，化成时，将金属盒与与化成电源的负极电连接。优选地，多个芯包划分成多个芯包排，且每相邻的两个芯包排上的芯包相错开设置。使得同一个金属盒中能够放置多个芯包排。进一步的，每个芯包排通过夹具或铁条将位于上部的正极端子相串接，然后将多个芯包排的夹具或铁条与化成用的电源的正极相连通。根据本发明的又一个具体实施和优选方面，该制造方法还包括在化成步骤之后、含浸步骤之前，对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的步骤，其中去离子水的电阻率不小于5mω，水温为20℃～100℃；干燥在温度110～150℃下进行1～3小时。根据本发明的又一个具体实施和优选方面，含浸步骤包括含浸单体步骤和含浸氧化剂步骤，其中含浸单体步骤为：将芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，单体为噻吩类物质；含浸氧化剂步骤为：芯包置于盛装氧化剂的含浸槽内，先进行2～10分钟的常压含浸，再进行1～4分钟的真空含浸，再进行2～10分钟的加压含浸，其中，氧化剂为对甲苯磺酸或对甲苯磺酸盐，常压含浸是指将内为常压的芯包直接浸渍于氧化剂中，真空含浸是指先将芯包内部抽真空至真空度为70～100kpa，然后再浸渍于氧化剂中；加压含浸是指向芯包内部通入压缩空气至压力为2～4atm，然后再浸渍于氧化剂中。优选地，构成导电胶的导电粒子为银粒子、镍粒子、银包铝粒子、银包铜粒子中的一种或多种的组合。此外，在老化的同时还进行测试分选的步骤，其中，高温老化条件如下：环境温度控制在85℃～200℃之间，施加电压分别为20％，80％、100％与120％的工作电压，老化时间为10～240分钟。具体的，化成液为磷酸系化成液、硼酸系化成液或己二酸铵系化成液。此外，胶盖选用耐高温材料，例如可以为硫化丁基橡胶或聚对苯二甲酸乙二酯(pet)。优选地，铝壳的外壁上覆设有厚度为5μm～50μm的绝缘层或者包覆有聚对苯二甲酸乙二酯(pet)或聚乙烯(pe)材质的胶管。绝缘层的材质可以为例如涤纶、环氧树脂或聚乙烯(pe)树脂。本申请所涉及的制造方法具体的过程如下：(1)将正极端子连接到正极箔的一端部上，然后在正极箔和负极箔之间介入电解纸以及电解质，卷绕成芯包，其中，负极箔的宽度大于正极箔和电解纸的宽度，使得所得芯包中负极箔超出正极箔和电解纸而外露，卷绕的芯包用胶带环绕粘紧固定；(2)将卷绕成型的芯包放于不锈钢制成的容器中，放于温度为270±5℃的高温烘箱中进行碳化处理。(3)将步骤(2)芯包竖立放置在金属槽(化成槽)内，正极端子朝上、负极箔的外露部分朝下的架设在金属槽内，将芯包的正极端子与化成电源的正极电连接，将金属槽与化成电源的负极电连接，然后向金属槽内添加化成液，且使得化成液的液位与芯包的上沿齐平，然后放入化成液中浸渍10分钟，接着通电，在化成电压为50v的条件下，化成25分钟。(4)对化成后的芯包依次进行去离子水中清洗和干燥，其中去离子水的电阻率不小于5mω，水温为20℃～100℃；干燥在温度110～150℃下进行1～3小时。(5)将上述干燥后的芯包置于盛装单体溶液的槽内进行含浸，然后在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时，接着将芯包再放入盛装氧化剂的槽内进行含浸，具体的先进行2～5分钟的常压含浸，再进行1～2分钟的真空含浸，最后进行2～5分钟的加压含浸。(6)、进行加热聚合，并采用四段式聚合，其中第一段聚合温度为42±2℃，聚合时间为4小时；第二段聚合温度为65±2℃，聚合时间为1小时；第三段聚合温度为87±2℃，聚合时间为2小时；第四段聚合温度为145±2℃，聚合时间为1小时。(7)、将底部连接有负极端子的铝壳的内部底面上涂覆导电胶，然后将芯包通过胶盖定位在铝壳中、且芯包的负极箔的外露部分位于导电胶的上方，接着加热使导电胶固化，使得负极端子能够与负极箔的外露部分通过导电胶和铝壳相电连接。(8)、将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，其中铝壳的外壁上覆设有厚度为5μm～50μm的绝缘层或者包覆有聚对苯二甲酸乙二酯(pet)或聚乙烯(pe)材质的胶管，该绝缘层的材质可以为例如涤纶、环氧树脂或聚乙烯(pe)树脂，然后在环境温度控制在125℃的烘箱中，分别施加20％v，80％v、100％v与120％v的工作电压，时间分别设为30分钟、30分钟、30分钟和60分钟，进行老化，即得聚合物固体铝电解电容器产品。(9)老化完成2小后进行测试。由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明不仅能够降低电容器的串联等效电阻，而且同批次电容器的esr值的大小波动幅度小，产品的均一性好，不良率降低。附图说明图1为根据本发明的固体电解铝电容器的结构示意图；图2为根据本发明的固体电解铝电容器的芯包的结构示意图；其中：1、正极端子；2、负极端子；3、胶盖；4、铝壳；5、导电胶；6、绝缘层；7、芯包；71、阳极化成铝箔；72、阴极箔；73、电极纸；74、聚合物电解质。具体实施方式本发明旨在通过对电容器的制造方法进行改进，以实现电容器产品小型化以及降低产品的串联等效(esr)，提高产品的抗纹波能力。以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1参阅图1至图2，聚合物固体铝电解电容器，规格为25v820μf，生产数量为300只，其包括正极端子1、负极端子2、胶盖3、铝壳4、导电胶5以及芯包7。芯包7由阳极化成铝箔71、阴极箔72、电解纸73以及聚合物电解质74构成。芯包7上端连接正极端子1，芯包7的下部设有导电胶5。胶盖3和铝壳4分别设置在芯包7的顶部和四周，铝壳4与芯包7的下部(具体地，阴极箔72)通过导电胶5连接，铝壳4底部连接负极端子2，铝壳4外覆盖有绝缘层6。聚合物固体铝电解电容器的制造方法包括依次进行的下列步骤：(1)选取化成电压为51v的化成箔作为正极箔，裁切宽度为17mm；电解纸的裁切宽度为19mm；选取适当的负极箔，裁切宽度为19mm。(2)通过钉卷机将正极端子铆在正极箔和负极箔上，在二者中间夹以电解纸，用钉卷机卷绕成芯包。介于正极箔与负极箔之间的电解纸将两箔隔离开来，不形成短路，卷绕后负极箔包住芯包，并且外面用胶带缠绕固定。(3)将芯包放于不锈钢制成的容器中，放于温度为270±5℃的高温烘箱中进行碳化处理。(4)将步骤(3)的芯包竖立放置在金属槽(化成槽)内，正极端子朝上、负极箔的外露部分朝下的架设在金属槽内，将芯包的正极端子与化成电源的正极电连接，将金属槽与化成电源的负极电连接，然后向金属槽内添加化成液，且使得化成液的液位与芯包的上沿齐平，然后放入化成液中浸渍10分钟，接着通电，在化成电压为50v的条件下，化成25分钟，对正极箔表面的氧化膜层进行修复。本例中，化成液为己二酸铵系化成液；多个芯包划分为多个芯包排，每相邻的两个芯包排上的芯包相错开设置，每个芯包排通过夹具或铁条将位于上部的正极端子相串接，然后将多个芯包排的夹具或铁条与化成用的电源的正极相连通。(5)对化成后的芯包依次进行去离子水中清洗和干燥，其中去离子水的电阻率不小于5mω，水温为60℃；干燥在温度120℃下进行2小时。(6)将上述干燥后的芯包置于盛装单体溶液的槽内进行含浸，然后在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时，其中单体为噻吩类物质，接着将芯包再放入盛装氧化剂的槽内进行含浸，具体的先进行2～5分钟的常压含浸，再进行1～2分钟的真空含浸，最后进行2～5分钟的加压含浸，其中氧化剂为对甲苯磺酸。(7)进行加热聚合，并采用四段式聚合，其中第一段聚合温度为42±2℃，聚合时间为4小时；第二段聚合温度为65±2℃，聚合时间为1小时；第三段聚合温度为87±2℃，聚合时间为2小时；第四段聚合温度为145±2℃，聚合时间为1小时。(8)、将底部连接有负极端子的铝壳的内部底面上涂覆导电胶，然后将芯包通过胶盖定位在铝壳中、且芯包的负极箔的外露部分位于导电胶的上方，接着加热使导电胶固化，使得负极端子能够与负极箔的外露部分通过导电胶和铝壳相电连接，其中构成导电胶的导电粒子为银粒子和银包铜粒子。(9)、将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，其中铝壳的外壁上覆设有厚度为5μm～50μm的绝缘层，该绝缘层的材质可以为环氧树脂，然后在环境温度控制在125℃的烘箱中，分别施加5v，15v、25v与30v的电压，时间分别设为30分钟、30分钟、30分钟和60分钟，进行老化，即得聚合物固体铝电解电容器产品。(10)老化完成2小后进行测试。生产成品数为300件分选后，其中损耗大的2件，漏电流大的2件，共4件不良器，试验良品率为98.67％，同时esr值相对均匀，且esr值波动的幅度较小，因此，产品的均一性好。表1显示了本例25v820μf产品(任选的10件)在120hz频率下的电容量、损耗、在100khz频率下的esr的测定值，施加25v电压测量的漏电流。表1序号容量(uf)损耗(100％)esr(mω)漏电流(ua/1分钟)规格656-9846％820501825.82.285.9232824.42.295.8183826.52.265.9204826.42.226.0195827.52.325.8206826.62.245.8227826.42.275.9258826.42.245.9279825.92.225.82310826.62.255.828最大值827.52.326.028最小值824.42.225.818平均值826.252.2595.8622.5对比例1本实施例提供聚合物固体铝电解电容器，规格为25v820μf，生产数量为300只，且电容器的结构与实施例1完全相同，不同之处在于制备方法。该制备方法过程如下：(1)、选取化成电压为51v的化成箔作为正极箔，裁切宽度为17mm；电解纸的裁切宽度为19mm；选取适当的负极箔，裁切宽度为19mm。(2)、通过钉卷机将正极端子铆在正极箔和负极箔上，在二者中间夹以电解纸，用钉卷机卷绕成芯包。介于正极箔与负极箔之间的电解纸将两箔隔离开来，不形成短路，卷绕后负极箔包住芯包，并且外面用胶带缠绕固定。(3)、将卷绕好的芯包通过化成机送到化成夹具中，放入化成液中浸渍10分钟，化成电压为50v，化成液为己二酸铵化成液，化成25分钟，对正极箔表面的氧化膜层进行修复。(4)、将芯包放于不锈钢制成的容器中，放于温度为260℃的高温烘箱中进行碳化处理。(5)、将聚合单体与氧化剂分别含浸于芯包中，进行聚合反应，从而在正极箔与负极箔之间以及电解纸中生成聚合物固体电解质。(6)、将外露的负极箔表面的聚合物去除，且用激光将负极导电片与负极箔焊接。(7)、将芯包装上胶盖，装入外设有绝缘层(pe树脂)的铝壳中，用超声焊将负极导电片与铝壳焊接。(8)、将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即得聚合物固体铝电解电容器产品。将产品放入温度控制在125℃的烘箱中，分别施加5v，15v、25v与30v的电压，时间分别设为30分钟、30分钟、30分钟和60分钟，进行老化，老化完成2小后进行测试。生产成品数为300件分选后，其中损耗大的2件，漏电流大的3件，esr值大于标准规格的有1件，共6件不良品，试验良品率为98％，而且esr值大小的波动也很明显。表2显示了本例25v820μf产品(任选的10件)在120hz频率下的电容量、损耗、在100khz频率下的esr的测定值，施加25v电压测量的漏电流。表2序号容量(uf)损耗(100％)esr(mω)漏电流(ua/1分钟)规格656～9846％820501826.02.237.2212820.32.547.0223827.02.346.9324820.52.347.3425820.62.439.3226827.32.547.2257825.42.326.5358825.02.317.0239820.12.457.13610826.42.527.244最大值827.32.549.344.0最小值820.12.236.521.0平均值823.92.407.130.2实施例2本实施例提供一种规格为10v2200μf的聚合物固体铝电解电容器，其基本结构同实施例1。不同的是，该电容器的制造方法如下：(1)、选取化成电压为20.5v的化成箔作为正极箔，裁切宽度为12mm；电解纸的裁切宽度为14mm；选取适当的负极箔，裁切宽度为14mm。(2)、通过钉卷机将正极端子1铆在正极箔和负极箔上，在二者中间夹以电解纸，用钉卷机卷绕成芯包。电解纸介于正极箔与负极箔之间将两箔隔离开来，不形成短路，卷绕后负极箔包住芯包，并且外面用胶带缠绕固定。(3)将芯包放于不锈钢制成的容器中，放于温度为270±5℃的高温烘箱中进行碳化处理。(4)将步骤(3)的芯包竖立放置在金属槽(化成槽)内，正极端子朝上、负极箔的外露部分朝下的架设在金属槽内，将芯包的正极端子与化成电源的正极电连接，将金属槽与化成电源的负极电连接，然后向金属槽内添加化成液，且使得化成液的液位与芯包的上沿齐平，然后放入化成液中浸渍10分钟，接着通电，在化成电压为100v的条件下，化成20分钟，本例中，化成液为硼酸系化成液。(5)对化成后的芯包依次进行去离子水中清洗和干燥，其中去离子水的电阻率不小于5mω，水温为80℃；干燥在温度135℃下进行2小时。(6)将上述干燥后的芯包置于盛装单体溶液的槽内进行含浸，然后在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时，其中单体为噻吩类物质，本例中为3、4二撑基双氧噻吩，接着将芯包再放入盛装氧化剂的槽内进行含浸，具体的先进行2～5分钟的常压含浸，再进行1～2分钟的真空含浸，最后进行2～5分钟的加压含浸，其中氧化剂为对甲苯磺酸盐。(7)进行加热聚合，并采用四段式聚合，其中第一段聚合温度为40±2℃，聚合时间为5小时；第二段聚合温度为60±2℃，聚合时间为1小时；第三段聚合温度为88±2℃，聚合时间为2.5小时；第四段聚合温度为147±2℃，聚合时间为1小时。(8)、将底部连接有负极端子的铝壳的内部底面上涂覆导电胶，然后将芯包通过胶盖定位在铝壳中、且芯包的负极箔的外露部分位于导电胶的上方，接着加热使导电胶固化，使得负极端子能够与负极箔的外露部分通过导电胶和铝壳相电连接，其中构成导电胶的导电粒子为银粒子、镍粒子、银包铝粒子、银包铜粒子的多种的组合。(9)、将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，其中铝壳的外壁上覆设有厚度为5μm～50μm的绝缘层，该绝缘层的材质为聚乙烯(pe)树脂，然后在环境温度控制在125℃的烘箱中，分别施加2v，8v、10v与12v的电压，时间分别设为30分钟、30分钟、30分钟和60分钟，进行老化，即得聚合物固体铝电解电容器产品。(10)老化完成2小后进行测试。其中生产成品数为300pcs分选后，其中损耗大的4件，漏电流大的3件，共7件不良，良品率为97.66％，同时esr值的大小波动较小，相对均匀。表3为本例10v2200μf产品(任选的10件)在120hz频率下的电容量、损耗、在100khz频率下的esr的测定值，施加10v电压测量的漏电流。表3序号容量(uf)损耗(100％)esr(mω)漏电流(ua/1分钟)规格1760～26406％8110012205.42.525.610.222204.52.475.411.932204.42.435.89.842205.32.505.510.352204.02.505.510.762205.52.485.411.372205.42.455.510.782204.82.495.311.092203.92.525.710.8102204.62.445.510.9最大值2205.52.525.811.9最小值2203.92.435.39.8平均值2204.782.4805.5210.76对比例2本实施例提供一种聚合物固体铝电解电容器，规格为10v2200μf，生产数量为300只，且电容器的结构与实施例1完全相同，不同之处在于制备方法。该制备方法过程如下：(1)、选取化成电压为20.5v的化成箔作为正极箔，裁切宽度为12mm；电解纸的裁切宽度为14mm；选取适当的负极箔，裁切宽度为14mm。(2)、通过钉卷机将正极端子铆在正极箔和负极箔上，在二者中间夹以电解纸，用钉卷机卷绕成芯包。介于正极箔与负极箔之间的电解纸将两箔隔离开来，不形成短路，卷绕后负极箔包住芯包，并且外面用胶带缠绕固定。(3)、将卷绕好的芯包通过化成机送到化成夹具中，浸渍10分钟，化成电压为100v，化成液为己二酸铵化成液，化成20分钟，对正极箔表面的氧化膜层进行修复。(4)、将芯包放于不锈钢制成的容器中，放于温度为270℃的高温烘箱中进行碳化处理。(5)、将聚合单体与氧化剂分别含浸于芯包中，进行聚合反应，从而在正极箔与负极箔之间以及电解纸中生成聚合物固体电解质。(6)、将外露的负极箔表面的聚合物去除，且用激光将负极导电片与负极箔焊接。(7)、将芯包装上胶盖，装入外设有绝缘层(pe树脂)的铝壳中，用超声焊将负极导电片与铝壳焊接。(8)、将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即得聚合物固体铝电解电容器产品。将产品放入温度控制在125℃的烘箱中，分别施加2v，8v、100v与12v的电压，时间分别设为30分钟、30分钟、30分钟和60分钟，进行老化，老化完成2小后进行测试。生产成品数为300件分选后，其中损耗大的3件，漏电流大的4件，esr值超过标准值的有2件，共9件不良品，试验良品率为97％，且esr值的波动也比较明显，而且有两件esr值大于8。表4显示了本例10v2200μf产品(任选的10件)在120hz频率下的电容量、损耗、在100khz频率下的esr的测定值，施加10v电压测量的漏电流。表4最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12