固体电解质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：
，特别涉及一种固体电解质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，固体电解质铝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，提供一种改进的固体电解质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，不良率降低。为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：一种固体电解质铝电解电容器的制造方法，该电容器包括铝壳、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，其中正极箔、负极箔分别具有露出芯包的外露部分，该电容器还包括分别与正极箔和负极箔的外露部分焊接的正极导电片和负极导电片，正极端子焊接在正极导电片上，负极端子与铝壳的底部相连接，负极导电片还与铝壳相焊接，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：将正极箔和负极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包，其中，正极箔与负极箔的宽度相等，使得所得芯包中正极箔的上端部超过电解纸和负极箔而外露，负极箔的下端部超过电解纸和正极箔而外露，卷绕的芯包用胶带环绕粘紧固定；所述的电解纸由三层无纺布构成，其中上层和下层分别为厚度10～30μm的涤纶纺粘无纺布；中间层为厚度10～40μm的pet无纺布，构成所述涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成所述pet无纺布的pet纤维的平均直径为0.5～2.0μm化成步骤为：将芯包放入具有化成液的化成槽内，将芯包的正极箔上端部的外露部分与化成电源的正极电连接，将芯包的负极箔下端部的外露部分与化成电源的负极电连接，化成时，同时对芯包的正极箔和负极箔通电。优选地，化成步骤中，将芯包竖立放置在化成槽内，正极箔上端部的外露部分朝上、负极箔下端部的外露部分朝下设置，化成槽内的化成液的液位处于芯包的负极箔上端部边缘以下。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，当化成时，将金属盒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，正极箔上端部的外露部分通过正极导电片与正极端子相连通，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，其中以夹具或铁条作为正极，金属盒作为负极，加以化成电压，即可完成化成步骤。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，封装步骤为：先采用超声焊或激光焊将负极导电片与铝壳焊接固定，然后将外露的负极箔的表面的聚合物电解质除去，用激光将负极箔的外露的部分与负极导电片焊接，然后将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即完成封装；加热聚合步骤为四段式聚合，其中第一段聚合温度为35℃～45℃，聚合时间为4～6小时；第二段聚合温度为55℃～70℃，聚合时间为1～3小时；第三段聚合温度为80℃～90℃，聚合时间为2～5小时；第四段聚合温度为130℃～150℃，聚合时间为1～3小时此外，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。本申请所涉及的制造方法具体的过程如下：(1)将正极箔和负极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包，其中，正极箔与负极箔的宽度相等，使得所得芯包中正极箔的上端部超过电解纸和负极箔而外露，负极箔的下端部超过电解纸和正极箔而外露，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)所述的芯包竖立放置在金属盒(化成槽)内，正极箔上端部的外露部分朝上、负极箔下端部的外露部分朝下架设在金属盒中，然后通过正极导电片将正极箔上端部的外露部分与正极端子电连通，同时通过夹具将多个芯包上的正极端子与化成电源的正极电连接，将金属盒与化成电源的负极电连接，然后向金属盒内添加化成液，使得化成槽内的化成液的液位处于芯包的负极箔上端部边缘以下，同时，将夹具作为正极，金属盒作为负极，然后通电化成。(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2～8分钟的常压含浸，再进行1～3分钟的真空含浸，最后进行2～3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)、先采用超声焊或激光焊将负极导电片与铝壳焊接固定，然后将外露的负极箔的表面的聚合物电解质除去，用激光将负极箔的外露的部分与负极导电片焊接，然后将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即完成封装。(8)、将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，然后环境温度控制在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，进行老化，即得聚合物固体电解质铝电解电容器产品。(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质铝电解电容器的结构示意图；图2为根据本发明的固体电解质铝电解电容器的芯包的结构示意图；图3为显示了本发明的电容器的正极导电片与正极端子的结构示意图；图4为本发明电解纸的结构示意图；其中：1、正极端子；2、负极端子；3、胶盖；4、铝壳；5、负极导电片；6、绝缘层；7、芯包；71、阳极化成铝箔；72、阴极箔；73、电解纸；c1、上层；c2、中间层；c3、下层；8、正极导电片。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4，本实施例提供一种固体电解质铝电解电容器，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、负极导电片5、正极导电片8以及芯包7。芯包7由阳极化成铝箔71、阴极箔72、电解纸73以及聚合物电解质构成。芯包7上端焊接正极导电片8、正极导电片8上焊接正极端子1，芯包7的下部焊接负极导电片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与负极导电片5焊接，铝壳4底部连接负极端子2，铝壳4外覆盖有绝缘层6。本例中，电解纸73，其由三层无纺布复合而成，其中上层c1和下层c3分别为厚度约20μm的涤纶纺粘无纺布；中间层c2为厚度25μm的pet无纺布，构成涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成pet无纺布的pet纤维的平均直径为0.5～2.0μm。固体电解质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19mm；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)将正极箔和负极箔之间介入上述的电解纸，卷绕成芯包，其中，正极箔与负极箔的宽度相等，使得所得芯包中正极箔的上端部超过电解纸和负极箔而外露，负极箔的下端部超过电解纸和正极箔而外露，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，然后采用胶带环绕粘紧固定。(3)将芯包放于不锈钢制成的容器中，放于温度为270±2℃的高温烘箱中进行碳化处理。(4)将步骤(3)所述的芯包竖立放置在金属盒(化成槽)内，正极箔上端部的外露部分朝上、负极箔下端部的外露部分朝下架设在金属盒中，然后通过正极导电片将正极箔上端部的外露部分与正极端子电连通，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，将金属盒与化成电源的负极电连接，然后向金属盒内添加化成液，使得化成槽内的化成液的液位处于芯包的负极箔上端部边缘以下，接着放入化成液中浸渍10分钟，然后将夹具作为正极，金属盒作为负极，通电化成，本例中，在化成电压为50v的条件下，化成25分钟，化成液为磷酸系化成液。(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130℃下进行1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，其中单体为噻吩类物质，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2～3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)先将外露的负极箔的表面的聚合物电解质除去，然后采用超声焊或激光焊将负极导电片与铝壳焊接固定，接着将芯包装上胶盖，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，然后将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即完成封装。(9)将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，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，即得聚合物固体电解质铝电解电容器产品。(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件不良品，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％820501825.32.284.39.82824.62.204.59.63824.82.184.49.84825.82.184.59.45826.62.244.29.66825.72.164.49.67826.52.184.39.48825.72.234.59.89825.32.204.49.510824.52.184.49.4最大值826.62.284.59.8最小值824.52.184.29.4平均值825.482.2034.399.59对比例1本实施例提供一种聚合物固体电解质铝电解电容器，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19mm；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)、将正极箔和负极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包，其中，正极箔与负极箔的宽度相等，使得所得芯包中正极箔的上端部超过电解纸和负极箔而外露，负极箔的下端部超过电解纸和正极箔而外露，卷绕的芯包用胶带环绕粘紧固定。(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，然后以夹具作为正极，化成液作为负极，进行通电，化成25分钟，其中化成电压为50v，化成液为磷酸系化成液。(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和外漏的正极箔表面的聚合物去除，先采用超声焊或激光焊将负极导电片与铝壳焊接固定，然后将外露的负极箔的表面的聚合物电解质除去，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，然后将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即完成封装。(7)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3件，漏电流大的2件，esr值大于标准规格的有3件，共8件不良品，试验良品率为97.33％，而且esr值大小的波动也很明显，不良率降低。表2显示了本例中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实施例2本实施例提供一种规格为10v2200μf的聚合物固体电解质铝电解电容器，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14mm；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)、将正极箔和负极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包，其中，正极箔与负极箔的宽度相等，使得所得芯包中正极箔的上端部超过电解纸和负极箔而外露，负极箔的下端部超过电解纸和正极箔而外露，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，然后采用胶带环绕粘紧固定。(3)、将芯包放于不锈钢制成的容器中，放于温度为269℃的高温烘箱中进行碳化处理。(4)、将步骤(3)所述的芯包竖立放置在金属盒(化成槽)内，正极箔上端部的外露部分朝上、负极箔下端部的外露部分朝下架设在金属盒中，然后通过正极导电片将正极箔上端部的外露部分与正极端子电连通，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，将金属盒与化成电源的负极电连接，然后向金属盒内添加化成液，使得化成槽内的化成液的液位处于芯包的负极箔上端部边缘以下，接着放入化成液中浸渍10分钟，然后将夹具作为正极，金属盒作为负极，通电化成，本例中，在化成电压为20.5v的条件下，化成25分钟，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90℃；干燥在温度135℃下进行1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，其中单体为噻吩类物质，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5分钟的常压含浸，再进行3分钟的真空含浸，最后进行6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43±2℃，聚合时间为4小时；第二段聚合温度为64±2℃，聚合时间为1小时；第三段聚合温度为86±2℃，聚合时间为2小时；第四段聚合温度为147±2℃，聚合时间为1小时。(8)、先采用超声焊或激光焊将负极导电片与铝壳焊接固定，然后将外露的负极箔的表面的聚合物电解质除去，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，然后将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即完成封装。(9)、将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，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，即得固体电解质铝电解电容器产品。(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2，漏电流大的3件，共5件不良品，试验良品率为98.33％，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％8110012205.22.564.12222201.82.444.02332203.12.444.12142201.22.543.92252203.52.564.32562204.32.454.22572204.12.384.12582206.22.394.02392200.32.494.128102203.32.654.226最大值2206.22.654.328最小值2200.32.383.921平均值2203.32.494.124对比例2本实施例提供一种聚合物固体电解质铝电解电容器，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14mm；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)、将正极箔和负极箔之间介入电解纸，卷绕成芯包，其中，正极箔与负极箔的宽度相等，使得所得芯包中正极箔的上端部超过电解纸和负极箔而外露，负极箔的下端部超过电解纸和正极箔而外露，卷绕的芯包用胶带环绕粘紧固定。(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，然后以夹具作为正极，化成液作为负极，进行通电，化成25分钟，其中化成电压为20.5v，化成液为硼酸系化成液。(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和外漏的正极箔表面的聚合物去除，先采用超声焊或激光焊将负极导电片与铝壳焊接固定，然后将外露的负极箔的表面的聚合物电解质除去，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，然后将铝壳与胶盖通过滚边封口的形式密封，即完成封装。(7)、将产品放入温度控制在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，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3，共10件不良品，试验良品率为96.67％，且esr值的波动也比较明显。表4显示了本例中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50v电压测量的漏电流。表4序号容量(uf)损耗(100％)esr(mω)漏电流(ua/1分钟)规格1760～26406％8205012204.62.254.82022205.52.564.92132204.52.424.43142205.22.346.24352206.22.416.02362205.52.544.92672206.92.324.33482205.92.316.52592204.42.475.837102204.62.524.645最大值2206.92.566.545最小值2204.42.254.320平均值2205.332.4144.9430.5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