综合型高分子铝电解电容器的制备方法与流程

本发明涉及铝电解电容器技术领域，具体为一种耐大电流冲击的综合型高分子铝电解电容器。

背景技术：

随着电子产品的数据化，对电流输出回路的高信赖化的呼声越来越高，除要求其小型化、高容量、低esr、低lc等性能外，对耐瞬间大电流冲击及充放电次数也有较高的要求，而这些要求在av机器、电动汽车、车载电子、导航、车载快充汽车装置领域以及医疗电子等领域中尤为明显。

作为电流输出回路中的必要元器件，电容器对于电流输出回路的性能提升作用至关重要，常用的电容器包括液态铝电解电容器和固态电解电容器，其中，液态铝电解电容器的优点在于其中的电解液对阳极箔氧化膜缺陷部有修复能力，能抑制短路情况的发生，但存在传导速率慢、阻值大的缺陷，且其失效模式是开路而不会短路。而固态铝电解电容器是电子经过高分子固体链进行传导来实现功能的，其优点在于其本身的低esr以及低内阻，同时传导速率优秀，但固态铝电解电容器对阳极氧化膜缺陷部位的修复能力弱，又因为其本身内阻较小，受瞬间电流及充放电冲击影响，能量聚集部位容易出现高分子链断裂导致短路失效。因此，固态铝电解电容器长期在85～150℃的高温工作环境下使用，lc有增大的可能，甚至有可能会导致短路。

基于上述原因，有必要对现有技术中的电容器进行改进，研发出一种在电容器素子内部填充由导电性高分子构成的导电性固体层和电解液、散热材料等多种物质构成的综合型电容器。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种综合型高分子铝电解电容器的制备方法，利用该方法制备的高分子铝电解电容器不但具有耐大电流冲击的效果，同时对阳极氧化膜的缺陷也具有较佳的修复作用，且具有良好的导电聚合性能和导热性能，可用以解决上述技术背景中的缺陷。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种综合型高分子铝电解电容器的制备方法，具体包括以下操作步骤：

s1：通过钉卷机将正箔、负箔和电解纸按设计尺寸裁断，将正导针和负导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上，随后将阳极箔和阴极箔用电解纸隔离并卷绕成芯包，然后在芯包上套装绝缘胶盖，并将正导针顶端点焊在铁条上。

s2：将步骤s1制备的芯包分别进行两次化成形成素子，并在每次化成完成后均将芯包清洗干净后依次进行干燥、碳化处理。

s3：将步骤s2条件下处理的素子进行含浸前处理，处理时将素子用前处理液进行含浸处理，含浸时间为0.5～3min，并在前处理完成后进行干燥处理；所述前处理液以r-环氧丙氧基三甲基硅烷、ch2＝cmecoo、vi及ch2-choch2o－的硅烷偶联剂、聚甲基硅油的一种或者任意比例的组合作为溶质，以水或醇或任意比例的水醇混合物作为溶剂，依摩尔比1:9～1:30的比例配制。

s4：将步骤s3处理后的素子以摩尔比为(2～9):1的pedot:pss混合物作为含浸液进行第一次含浸处理以及第二次含浸处理，并分别在第一含浸处理以及第二次含浸处理操作后进行干燥处理；再分别利用电解液进行第三次含浸处理，利用聚甘油进行第四次含浸处理。

s5：将经过步骤s4的四次含浸操作的素子分别进行组立、清洗和老化后进行筛选，去除残次品，即得成品。

作为本发明的进一步改进和限定：

所述步骤s2中进行清洗时优选采用电导度≤5μs的去离子水进行清洗。

所述步骤s3中加入的硅烷偶联剂为除长链烷基、苯基硅烷、氯硅烷及乙酰氧基硅烷之外的其他硅烷偶联剂。其中，对于水溶性较差的硅烷偶联剂，可先加入质量分数为0.1％-0.2％的非离子型表面活性剂，而后再加水加工成水乳液使用；且加入的硅烷偶联剂除氨烃基硅烷外，由其他硅烷配制的溶液均需加入醋酸作水解催化剂，并将ph值调至3.5-5.5。

所述步骤s3中，为了提高产品的水解稳定性的经济效益，硅烷偶联剂中还可掺入一定比例的非碳官能硅烷。

所述步骤s3中，素子用前处理液进行含浸处理时，应在环境相对湿度≤35％rh的干燥环境下进行。

所述步骤s2、s3中进行干燥处理时应当在140～160℃的条件下干燥45～70min，优选在145℃的条件下干燥60min。

所述步骤s3中在进行前处理液配制时，溶剂优选采用不含氟离子的水、乙醇、异丙醇的一种或者任意比例的混合物。

所述步骤s4中制备pedot:pss的比例混合物时，将pedot与pss水浴加热溶解后，摩尔比2～9:1的比例关系混合投入搅拌容器中搅拌30～60min并冷却30～60min后制得。

所述步骤s4中制备pedot:pss的比例混合物时，优选将pedot:pss以摩尔比4:1的比例配制，配制液在使用前用70～80℃温度受热30min使溶质溶解度达到最大，然后使其降至室温27～32℃和原液pedot进行配置，同时，还可使用声化学设备超声波均质机均质8min以上，效果更佳。

所述步骤s4中利用pedot:pss的比例混合物作为含浸液进行含浸处理时的操作步骤为：将素子浸泡到含浸液中，在负压-75～90kpa的真空环境下含浸8～30min后释放真空，然后继续含浸8～30min作为一个循环，将此循环进行3～6次即完成一次含浸操作。

所述步骤s4中在进行干燥处理时应当在140～160℃的条件下干燥20～40min，优选在150℃的条件下干燥30min。

所述步骤s4中用于进行第三次含浸处理的电解液由下述质量份的原料制备：乙二醇60份、己二酸铵或己二酸与其铵盐的组合物8份、二元有机羧酸铵6份、六元醇5份、聚乙二醇4份、防水合剂2份、对硝基苯甲醇0.2份、磷酸0.1份、四乙酸乙二胺0.05份、芳香族磺酸0.5～2份，且所述芳香族磺酸优选为甲苯磺酸，萘磺酸、苯磺酸中的一种。

所述步骤s4中利用电解液作为含浸液进行第三次含浸处理时的操作步骤为：将素子置于含浸液中负压-65～85kpa环境下含浸10～60min。

所述步骤s4中用于进行第四次含浸处理的溶液为聚甘油，且所述聚甘油的化学组成表示为(c3h8o3)n，其中，所述n一般在2～6之间。

所述步骤s4中利用聚甘油作为含浸液进行第四次含浸处理时的操作步骤为：将素子置于含浸液中负压-65～-82kpa环境下8～30min。

所述步骤s5中，进行筛选时通过数字电桥，lcr表以及lc表对电容四大特性以及cap、df、esr、lc四组参数进行检测，全部通过测试时为合格品。

有益效果：本发明的高分子铝电解电容器为一种内部填充由导电性高分子构成的导电性固体层和电解液、散热材料等多种物质构成的综合型电容器，对阳极氧化膜的缺陷部有很好修复作用，且导热性能优异。

附图说明

图1为模拟电路进行大电流冲击试验的模型示意图。

具体实施方式

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，下面结合具体实施例进行进一步阐述本发明。

综合型高分子铝电解电容器的制备方法的实施例，在本实施例中，高分子铝电解电容器按照下述步骤进行制备：

首先通过钉卷机将正箔、负箔和电解纸按设计尺寸裁断，将正导针和负导针分别铆接在阳极箔和阴极箔上，随后将阳极箔和阴极箔用电解纸隔离并卷绕成芯包，然后在芯包上套装绝缘胶盖，并将正导针顶端点焊在铁条上。

将制备好的芯包分别进行两次化成形成素子，化成时，将焊接工序产出的半成品，浸泡在化成液中进行通电，修复产品电性能，并在每次化成完成后均将芯包用电导度≤5μs的去离子水进行清洗干净后，在145℃的条件下干燥60min，并将干燥后的半成品，放在高温板上烘烤，使芯包中的电解纸趋于碳化，碳化完成后形成电容器素子。

将碳化处理的素子进行含浸前处理，处理时将素子用前处理液进行含浸处理，含浸时间为2min，并在前处理完成后进行干燥处理。而用于前处理的前处理液以r-环氧丙氧基三甲基硅烷、ch2＝cmecoo、vi及ch2-choch2o－的硅烷偶联剂作为溶质，以去离子水作为溶剂，依摩尔比1:24的比例进行配制制得，其中，加入的加入的硅烷偶联剂为kh570，进行含浸处理时在环境相对湿度为28～32％rh的干燥环境下进行；而干燥时在145℃的条件下干燥60min。

将经过前处理后的素子进行四次含浸操作，其步骤分别为：

第一次含浸：以摩尔比为4:1的pedot:pss混合物制备含浸液，制备pedot:pss的比例混合物时，将pss水浴加热至75℃溶解后受热30min，然后使其降至室温，再按摩尔比4:1的比例关系混合原液pedot投入搅拌容器中搅拌45min并冷却40min后制得，为获得更好的均质效果，在混合搅拌过程中使用声化学设备超声波均质机均质10min。然后将经过前处理后的素子浸泡到含浸液中，在负压-30～10kpa的真空环境下含浸24min后释放真空，然后继续含浸20min作为一个循环，将此循环进行5次即完成一次含浸操作。

含浸操作完成后将素子移至150℃的条件下干燥30min。

一次含浸并干燥后，参考特性cap为50～52，df为2.2，esr为35～40，lc为10以内。

第二次含浸：将经过第一次含浸操作并干燥完成后的素子重复进行第一次含浸操作步骤，即完成第二次含浸操作。

含浸两次pedot干燥后，参考特性cap为54～57，df为1.8～2，esr为25～30。

第三次含浸：首先制备电解液，电解液由下述质量份的原料搅拌均匀后制备：乙二醇60份、己二酸铵或己二酸与其铵盐的组合物8份、二元有机羧酸铵6份、六元醇5份、聚乙二醇4份、防水合剂2份、对硝基苯甲醇0.2份、磷酸0.1份、四乙酸乙二胺0.05份、甲苯磺酸2份。上述电解液制备完成后，将经过第二次含浸操作并干燥完成后的素子置于含浸液中负压-30～10kpa环境下含浸30min完成含浸操作。

含浸三次后，参考特性cap为56～58，df为1.5～1.9，esr为22～30，lc为10以内，组立后特性表现为df和esr会略微降低。

第四次含浸：含浸采用化学组成表示为(c3h8o3)n，n为3、4的聚甘油作为含浸液，含浸时将进行过第三次含浸的素子置于含浸液中负压-65～-82kpa环境下25min完成含浸操作。

将经过四次含浸操作的素子放入高温箱中，在不同的温度下按规定时间加温烘烤，使芯包中吸收的药品在高温下聚合形成高分子物，然后将聚合后的半成品装入铝壳中，经过束腰封口后将芯包密封起来，清洗污垢后捺印，将捺印后的半成品在高温下通电，再次修复电性能并测试电容各大特性参数，进行筛选时通过数字电桥，lcr表以及lc表对电容四大特性以及cap、df、esr、lc四组参数进行检测，全部通过测试时为合格品。剔除电性能不合格品以及外观不合格品；再对电容引线进行剪切或编带加工处理即得成品。

将利用上述实施例制得的高分子铝电解电容器随机抽取若干，进行参数检测，其检测结果如下：

由上述表中内容可以得出，cap、df、esr、lc四组参数都有着较佳的测试数值。

另外，将利用上述实施例制得的综合型高分子铝电解电容器随机抽取若干，采用如图1所示的模拟电路进行大电流冲击试验，其中，1表示待检测的综合型高分子铝电解电容器成品，2表示试验开关，3表示电瓶，在10000次冲击条件下，其检测结果如下：

由上表内容可得，电容器的容量变化在初始值的±20％以内，损失角不超过规格值的150％，等效串联电阻不超过规格值的150％，漏电流不超过规格值，通过实施例方法制得的电容器可以承受113a(最大)额定电压的直流试验(注：电容充电开关板)，并在试验条件下经受10000连续的浪涌试验。

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。