专利名称：液体钽电解电容器用电解质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电解电容器的电解质，特别是一种高压液体钽电解电容器用的电解质及其制备方法。
背景技术：
新一代通信工程工作平台的电源部分要求采用160V的高压电容器进行滤波，所以要求电容器必须具备较大容量和高的电压乘积(CU)，滤波性能才好。陶瓷电容器的性能虽好，但电容量太小(pf级)，而固体钽电解电容器与液体钽电解电容器相比漏电流较大，故均不能适合通信工程电源滤波电路的使用要求。
全密封型液体钽电解电容器容量大、可靠性好、性能优良，是首选的电容类型。目前国内外都选用该种类型的电容器作为有源滤波的重要元器件。但我国现有的CA35型系列液体钽电解电容器的最高工作电压仅为125V(参见GJB733A-96详细规范)，未达到160V。提高电容器的额定电压除了改善电容器的赋能工艺和烧结工艺外，还取决于电容器电解质的性质，电解质是电解电容器的实际阴极，是电解电容器的关键结构材料之一，因此，电解质的性能不改进提高，就难以生产出有特殊要求及用途的高压、大容量的液体钽电解电容器。
我国CA35型液体钽电解电容器的生产厂家，其所用的电解质多为单一的浓硫酸、二氧化硅和硅溶胶体系，用该体系电解质的电容器，其闪火电压低于200V，且在负温(-55℃)时易凝结，而高温时又较易挥发，作为高压(大于160V)的液体钽电解电容器用电解质，国内外还未见有公开报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适于制造高电压、大容量的液体钽电解电容器用的电解质，用该电解质的电容器，其闪火电压要达到200V以上才能满足160V额定电压的高压滤波电容器的使用要求。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是制备了一种高压液体钽电解电容器用的电解质，它由浸渍电解液和凝胶电解液构成，其浸渍电解液的组成为按重量百分比，硫酸26％～34％，乙二醇-丁醚14％～25％，其余为去离子水；其凝胶电解液的组成为硅溶胶与硫酸的体积比为2.4～3.2，乙二醇-甲醚的含量占该凝胶电解液重量的12％～22％。
在上述电解质中，优选的组成为浸渍电解液按重量百分比，硫酸26％～30％，乙二醇-丁醚18％～25％，其余为去离子水；凝胶电解液按硅溶胶与硫酸的体积比为2.8～3.2，乙二醇-甲醚的含量占该凝胶电解液重量的16％～22％。
浸渍电解液中硫酸的百分含量即为浸渍电解液的酸度；凝胶电解液的酸度在计算时应作修正，即电解液组分总重量应减去硅溶胶中二氧化硅的质量，然后计算其酸度，该酸度与浸渍电解液的酸度应保持一致。
按本发明所提供的电解质，其各组分的技术要求如下硫酸的重量浓度≥97％；去离子水的电阻率≥15×106MΩ·cm；乙二醇-丁醚、乙二醇-甲醚为分析纯试剂；硅溶胶中的钠离子含量≤1000mg/L，钾离子含量≤30mg/L。
一种本发明的液体钽电解电容器用电解质的制备方法，它包括下列两个步骤(1)按重量百分比，硫酸26％～34％，乙二醇-丁醚14％～25％，其余为去离子水的配比，将硫酸加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入乙二醇-丁醚，并在20℃冷水中水浴，继续搅拌至均匀后即制得浸渍电解液；(2)将硅溶胶先进行过滤，使其钠离子含量≤1000mg/L，钾离子含量≤30mg/L，然后按硅溶胶与硫酸的体积比为2.4～3.2，乙二醇-甲醚含量占该凝胶电解液重量的12％～22％的配比，将乙二醇-甲醚加入过滤后的硅溶胶中，在20℃的冷水中水浴，并搅拌均匀，最后将硫酸滴加于上述含有乙二醇-甲醚的硅溶胶中，边加酸边搅拌，至均匀后即制得凝胶电解液。
按本发明所提供的电解质的制备方法，步骤(1)中优选的配比为按重量百分比，硫酸26％～30％，乙二醇-丁醚18％～25％，其余为去离子水；所述步骤(2)中优选的配比为硅溶胶与硫酸的体积比为2.8～3.2，乙二醇-甲醚的含量占该凝胶电解液重量的16％～22％。
按本发明所提供的电解质的制备方法，其凝胶电解液的酸度应与浸渍电解液的酸度保持一致，所用硫酸的重量浓度≥97％，所用去离子水的电阻率≥15×106MΩ·cm，所用乙二醇-丁醚、乙二醇-甲醚为分析纯或电容器纯试剂。
本发明的有益效果概述如下本发明的高压液体钽电解电容器用电解质，其浸渍电解液用于浸润烧结钽芯电介质的微孔隙，其凝胶电解液用于钽芯与外壳之间的填充，由于其分别加入一定含量的乙二醇-丁醚和乙二醇-甲醚这两种极性有机大分子物质，它们可对阳极电介质界面形成屏蔽电场，特别是前者，因此显著降低了电容器阳极界面附近的阴离子浓度，防止有害物质对电容器Ta2O5介质膜的侵害，正是阳极界面附近的阴离子浓度的减小才有效地抑制了氧离子放电，从而提高了工作电解质的耐压性能。通常，电容器的闪火电压应高于电容器的额定电压(160V)的1.25倍，即高于200V，本发明的电解质在含有18％～25％乙二醇-丁醚和16％～22％乙二醇-甲醚，其酸度为26～30时，所装配的电容器测得的闪火电压平均为211.5V(见表2)。
在制备凝胶电解液的过程中，由于硅溶胶中所含的SiO2只构成凝胶的框架结构，并不参与所形成框架结构中的电解质成分和作用，因此在计算凝胶电解液的酸度时，其组分总量应减去硅溶胶中二氧化硅的质量，使其计算的酸度与浸渍电解液的酸度保持一致，这样可防止电解液酸度的差异而产生的离子浓度梯度影响整体电解质的性能。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明做进一步的描述表1示出了本发明电解质的几个组成实例，表2示出了用本发明电解质组成实例装配的电容器闪火电压的测试结果。由表2可知，用实例1～实例4的电解质，电容器的平均闪火电压可达211.5V；因此表1中的实例1～实例4为优选组成；其乙二醇-丁醚的重量百分含量在18％～25％为最好(酸度为26～30)；乙二醇-甲醚的重量百分含量在16％～22％为最好(酸度为26～30)。在表1所示的实例组成中，其各组分的技术参数去离子水的电阻率为15×106MΩ·cm；乙二醇-丁醚、乙二醇-甲醚为分析纯试剂；硫酸的重量浓度为98％(例1～例6中的浸渍电解液)和97％(例1～例6中的凝胶电解液)；硅溶胶中的钠离子含量和钾离子含量(mg/L)例1为995和30、例2为998和28、例3为1000和30、例4为992和29、例5为991和30、例6为1000和29。
本发明电解质组成实例的制备方法，包括两个步骤1)按实例1～实例6的组成配比，用重量百分浓度为98％的硫酸加入电阻率为15×106MΩ·cm的去离子水中，搅拌均匀，然后加入分析纯试剂乙二醇-丁醚，并在20℃的冷水中水浴，继续搅拌至均匀后即制得实例1～实例6的浸渍电解液，其中优选的配比为例1～例4；2)将硅溶胶先进行过滤，测其钠离子含量和钾离子含量(mg/L)例1为995和30、例2为998和28、例3为1000和30、例4为992和29、例5为991和30、例6为1000和29；然后按实例1～实例6的组成配比，将分析纯试剂乙二醇-甲醚加入过滤后的高纯硅溶胶中，在20℃的冷水中水浴，并搅拌均匀，最后将重量浓度为97％的硫酸缓慢滴加于含有乙二醇-甲醚的硅溶胶中，边加酸边搅拌，至均匀后即制得实例1～实例6的凝胶电解液，其中优选的配比为例1～例4。
在上述制备过程中，实例1～实例6的凝胶电解液酸度的计算应作修正，(参见表1中的备注)，其修正的酸度应与浸渍电解液的酸度保持一致。
表1 高压液体钽电解电容器用电解质的几种配方组成实例
表2 表1组成实例装配的电容器闪火电压的测试结果
用本发明所提供的复合凝胶体系电解质，不但耐压性能好，且所装配的电容器已通过2000小时的耐久性试验，该电解质可制造大容量(大于47μf)高电压(160V)的液体钽电解电容器，完全能满足通信领域对高压滤波电容器的特殊使用要求。
权利要求
1.一种液体钽电解电容器用电解质，其特征是，它由浸渍电解液和凝胶电解液构成，所述浸渍电解液的组成为按重量百分比，硫酸26％～34％，乙二醇-丁醚14％～25％，其余为去离子水；所述凝胶电解液的组成为硅溶胶与硫酸的体积比为2.4～3.2，乙二醇—甲醚的含量占该凝胶电解液重量的12％～22％。
2.根据权利要求1所述的液体钽电解电容器用电解质，其特征是，所述浸渍电解液的组成为按重量百分比，硫酸26％～30％，乙二醇-丁醚18％～25％，其余为去离子水；所述凝胶电解液的组成为硅溶胶与硫酸的体积比2.8～3.2，乙二醇—甲醚的含量占该凝胶电解液重量的16％～22％。
3.根据权利要求1或2所述的液体钽电解电容器用电解质，其特征是，所述凝胶电解液的酸度与浸渍电解液的酸度保持一致。
4.根据权利要求1或2所述的液体钽电解电容器用电解质，其特征是，所述硫酸的重量浓度≥97％，所述去离子水的电阻率≥15×106MΩ·cm，所述乙二醇-丁醚、乙二醇—甲醚为分析纯试剂。
5.根据权利要求1或2所述的液体钽电解电容器用电解质，其特征是，所述硅溶胶的钠离子含量≤1000mg/L，钾离子含量≤30mg/L。
6.一种权利要求1的液体钽电解电容器用电解质的制备方法，其特征是，它包括下列步骤(1)按重量百分比，硫酸26％～34％，乙二醇-丁醚14％～25％，其余为去离子水的配比，将硫酸加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入乙二醇—丁醚，并在20℃冷水中水浴，继续搅拌至均匀后即制得浸渍电解液；(2)将硅溶胶先进行过滤，使其钠离子含量≤1000mg/L，钾离子含量≤30mg/L，然后按硅溶胶与硫酸的体积比为2.4～3.2，乙二醇—甲醚含量占该凝胶电解液重量的12％～22％的配比，将乙二醇—甲醚加入过滤后的硅溶胶中，在20℃的冷水中水浴，并搅拌均匀，最后将硫酸滴加于上述含有乙二醇-甲醚的硅溶胶中，边加酸边搅拌，至均匀后即制得凝胶电解液。
7.根据权利要求6所述的液体钽电解电容器用电解质的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中的配比为按重量百分比，硫酸26％～30％，乙二醇-丁醚18％～25％，其余为去离子水；所述步骤(2)中的配比为硅溶胶与硫酸的体积比为2.8～3.2，乙二醇—甲醚的含量占该凝胶电解液重量的16％～22％。
8.根据权利要求6或7所述的液体钽电解电容器用电解质的制备方法，.其特征是，所述凝胶电解液的酸度与浸渍电解液的酸度保持一致。
9.根据权利要求6或7所述的液体钽电解电容器用电解质的制备方法，其特征是，所述硫酸的重量浓度≥97％，所述去离子水的电阻率≥15×106MΩ·cm，所述乙二醇-丁醚、乙二醇—甲醚为分析纯试剂。
全文摘要
本发明公开了一种适于制造高电压(160V)大容量(大于47μf)的液体钽电解电容器用的电解质及其制备方法。该电解质是由浸渍电解液和凝胶电解液构成，其浸渍电解液的组成为按重量比，硫酸26％～34％，乙二醇－丁醚14％～25％，其余为去离子水；其凝胶电解液的组成为硅溶胶与硫酸的体积比为2.4～3.2，乙二醇－甲醚的含量占该凝胶电解液重量的12％～22％。用该电解质制造的液体钽电解电容器，其闪火电压可达到210V以上，完全能适合通信工程电源滤波电路的特殊使用要求。
文档编号H01G9/022GK1889212SQ200510014269
公开日2007年1月3日 申请日期2005年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者刘仲娥, 宋金荣, 陈晓静, 陆胜, 王耀东 申请人:天津大学