专利名称：湿式电解电容器的密封组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及湿式电解电容器的密封组件。
背景技术：
一般而言，与其它类型的电容器相比，电解电容器每单位体积的电容更大，使其在电流相对较高、频率相对较低的电路中非常有应用价值。已经开发的一种电容器是包括一烧结钽粉阳极的“湿式”电解电容器。这些钽“块”的内部表面积非常大。这些钽块首先进行电化学氧化形成氧化物涂层，其充当钽体整个外表面和内表面上电介质。然后，将阳极氧化的钽块密封在罐中，罐内包含高度导电且通常是腐蚀性的液体电解质溶液，罐具有较高表面积，并带导电性内衬，其允许电流流向液体电解质溶液。遗憾的是，这种湿式电容器在 液体电解质泄漏时会出现问题。例如，在工作期间可能放出气体(例如氢气)，导致压力在电容器内积聚。这可能导致在端子线从电容器外壳伸出处的传统非气密聚合物密封周围产生泄漏。鉴于上文所述，通常采用一气密的密封(如玻璃-金属密封)，端子线穿过这个密封安全地延伸。然而，气密封本身有时会被液体电解质腐蚀。为此，通常采用液封来避免气密封的内部区域与电解质接触。例如，Knight等在美国专利US 7，206，186文件中描述了一种液封，其是通过在盖下和连接到电容器元件的端板之间压紧弹性环而形成的。在弹性环内部还可以放置一个衬套，以使弹性环位于气密封的中心。虽然人们在改善此种电解电容器的液封方面做了种种尝试，但是，仍然存在诸多问题。例如，甚至在使用液封时，有时仍有少量电解液泄漏，导致电容器的DC漏电流较高。因此，仍然需要一种气密封改善的电解电容器。
发明内容
本发明的一个实施例公开了一种湿式电解电容器，它包括一阳极，所述阳极包括一涂覆介质层的多孔阳极体；一与所述阳极电接触的流体电解质，其中一阳极引线从所述多孔阳极体引出；一外壳，所述阳极和所述流体电解质放在所述外壳内；以及一与外壳连接的密封组件，所述阳极引线穿过所述密封组件引出。所述密封组件包括一定义了第一孔的衬套，所述第一孔位于相对的向内表面之间，至少其中一个向内表面存在第一锥度。所述组件还包括一与所述衬套配合的液封件。所述液封件包含一突出部分，所述突出部分具有相对的向外表面，至少其中一个向外表面存在第二锥度，第二锥度比第一锥度大。所述突出部分插进所述孔内，因此，能够在衬套的逐渐变尖的向内表面及液封件的逐渐变尖的向外表面之间形成密封。本发明的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。
本发明的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，在说明书的其余部分包括参照附图作进一步描述。
如下图1是本发明密封组件中所用衬套的一个实施例的剖视图；图2是本发明密封组件中所用液封件的一个实施例的剖视图；图3是图1所示衬套的俯视图；图4是图2所示液封件的俯视图；图5是本发明采用图1所示衬套和图2所示液封件的密封组件的一个实施例的剖视图；图6是本发明采用图5所示密封组件的湿式电解电容器的一个实施例的剖视图；及 图7是本发明密封组件的另一个实施例的剖视图。在说明书及附图中，使用同一附图标记表示本发明相同或者相似部件或组件。
具体实施例方式对于本领域技术人员来说，下面的内容仅作为本发明的具体实施例，并不是对本发明保护范围的限制。一般来说，本发明涉及一种湿式电解电容器，它包括位于外壳内的阳极和流体电解质。所述电解电容器还包含一密封组件，所述密封组件采用一具有相对向内锥形表面的衬套，在锥形表面之间定义了一孔。所述孔有多种用途，例如，用于接收自电容器阳极引出的引线，提供用于向外壳充注流体电解质等。为了帮助抑制从所述孔的泄漏，还采用一液封件，所述液封件包含一具有向外锥形表面的突出部分，所述锥形表面配置为与衬套的向内表面配合。因此，当液封件插进孔内时，能够在使用前与/或使用期间压紧衬套而形成密封。但是，值得注意的是，本发明人发现，若使密封件的至少一个向外表面的角度逐渐减少得比衬套的向内表面角度大的话，甚至可以形成更有效的密封。采用这种方式，表面可收拢到一起而形成楔形，比其仅仅互相配合可能形成的密封更紧密。这一楔形进一步降低了电解质泄漏的可能性，反过来改善了电容器的电气性能。例如，参考图1-5，现在将对采用衬套54和液封件74的密封组件50的一个实施例进行更详细的说明。如图1和图3所示，该实施例的衬套54包含一沿纵向“L”延伸的套体部分58，并且分别定义了一大体上平坦的上表面59和下表面57。外围凸缘56从套体部分58沿横向“T”向外延伸，这样，套体部分58在两端40之间定义的宽度(即直径)小于凸缘56的宽度。当然是任选的，但是，此种凸缘可以增强衬套54与电容器其它部件的连接能力。如图3所示，套体部分58与凸缘56通常为圆形。然而，应该理解的是，它们可以采用任何几何结构，如D-形、矩形、三角形、棱形等。为了形成气密封，一般希望衬套54的套体部分58与/或外围凸缘56通常由绝缘材料形成。例如，所述绝缘材料在20°C测定的电阻大约是IX 102ohms-m或更高，在一些实施例中是大约1\ 105011111811或更高，在一些实施例中是大约1\1015至大约1\ 1025011111811。例如，可以采用玻璃材料作为绝缘材料，如包含CaO、A1203、B203、SrO, BaO, LiO2, SiO2, TiO2,Na2O及其组合等的玻璃组成物。包含氧化硼(Β203)、氧化钡(BaO)和氧化镧(LiO2)及任选至少一种其它氧化物的镧钡硼酸盐(Barium Ianthanboroate)玻璃组合物尤其适合。此类组合物在美国专利US 5，648，302和US 5，104，738文件中进行了更详细的描述。其它合适的绝缘材料包括聚合物材料，如含氟聚合物(如聚四氟乙烯(“PTFE”)、全氟烷基乙烯基醚(“PVE”)、四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(“PFA”)、氟化乙烯-丙烯共聚物(“FEP”)、乙烯-四氟乙烯共聚物(“ETFE ”)、聚偏二氟乙烯(“PVDF”)、聚三氟氯乙烯(“PCTFE ”)及TFE与VF2和/或HFP等的共聚物；聚氯乙烯(“PVC”)、聚砜类(如聚砜、聚醚砜等);聚酰亚胺(如聚醚酰亚胺)；聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯等)等；以及它们的混合物。不管怎样，衬套54的套体部分58具有定义了第一孔70的相对的两个向内表面71和72。表面71和/或72呈锥形，指的是其相对于横向“T”分别呈一角度α 和α2。角度α 和α 2可以相同或不同，但是，它们一般大约是5°至大约70°，在一些实施例中是大约10°至大约65°，在一些实施例中是大约20°至大约60°，在一些实施例中是大约35°至大约55°。孔70的总体尺寸和形状通常足够容纳液封件74，下文将对此进行更详细的描述。例如，所示实施例中的锥形表面71和72形成截头圆锥形的孔，所述孔在与下表面57相交时具有最大宽度，自相交处开始宽度逐渐变小。如果要求的话，密封组件50还可包含一管件60，所述管件60任选延伸到第一孔70的上部区域内。管件60可与衬套54整体形成或单独形成。此外，管件62有助于防止阳极引线与流体电解质发生不利接触，并且有助于确保与阳极端子形成良好的电接触。在这方面，管件60可包括定义第二孔62的向内表面61，第二孔62的尺寸和形状足够容纳阳极引线。第二孔62的最大宽度(即直径)比孔70的最大宽度小。一般说来，表面61还大体上平行，这样，第二孔62形状为圆柱形，并且宽度通常恒定。管件60可由导电材料，如金属形成，例如钽、银、招、镍、铪、钛、铜、银、钢(如不锈钢)及各自的合金(如导电氧化物)、各自的复合物(如涂覆导电氧化物的金属)等。在某些情况下，管件60可包含与套体部分58的向内表面71和72分别对齐的向内表面63和64。管件60的表面63与/或64的锥度彼此相同或不同，表面63与/或64的锥度与表面71和72的锥度相同或不同。然而，一般说来，表面63和64的锥度分别与表面71和72的锥度相同，并且位于上文所述的范围之内。采用这种方式，截头圆锥形孔70的锥形部分可延伸到表面63和64的边缘。当然，应该理解的是，本发明的密封组件并不一定需要管件。例如，参考图7，图中示出了包括衬套254和液封件274的密封组件250的另一个实施例。在此具体实施例中，密封组件250没有管件，因此，孔290仅由衬套254的套体部分258定义。再一次参考图1-5中所示的实施例，密封组件50还有一个密封件74，所述密封件74包含套体部分80，其分别定义了实际上平坦的上表面77和下表面79。外围凸缘76从套体部分80沿横向“Τ”向外延伸，这样，套体部分80在两端42之间定义了宽度(例如，直径)，其小于凸缘76的宽度。如图4所示，套体部分80与凸缘76通常为圆形。然而，应该理解的是，这些部件可以采用任何几何结构，如D-形、矩形、三角形、棱形等。一般说来，套体部分80与/或凸缘76通常采用如上文所述的绝缘材料形成。突出部分96从密封件74的套体部分80伸出。如上文所示，相对的向内表面91通常定义了延伸穿过突出部分96和套体部分80的第三孔90。孔90的尺寸和形状通常足够容纳阳极引线。例如，第三孔90的最大宽度(即直径)比第一孔70与/或第二孔62的最大宽度小。一般说来，表面91也大体上平行，这样，第三孔90的形状为圆柱形，并且宽度通
常恒定。
如上所述，突出部分96的尺寸和形状应使其可以插进衬套54定义的第一孔70内。例如，所示实施例的突出部分96呈截头圆锥形，其宽度在其与套体部分80的相交处最大，自相交处开始宽度逐渐减小。不管怎样，突出部分96具有定义其外周长的相对的向外表面93和94。表面93与/或94呈锥形，这指的是它们相对于横向“T”分别呈一角度β I和β2。角度β 和β 2可相同或不同，但是，它们通常大于它们相邻的锥形衬套表面的角度(即，分别是角α 和α2)。例如，角度β I和角度α I之比是大约I至大约5，在一些实施例中是大约1.1至大约2，在一些实施例中是大约1. 15至大约1. 5。同样，角度β2和角度α 2之比是大约I至大约5，在一些实施例中是大约1.1至大约2，在一些实施例中是大约1. 15至大约1. 5。然而，应该理解的是，一对角度(如α 和β I)的关系如上所述，而另一对角度(如α2和β 2)的关系可能并不如此 。例如，角度α 2可任选大于或等于角度β 2。不管怎样，角度β I和β2通常是大约10°至大约80°，在一些实施例中，是大约20°至大约75°，在一些实施例中，是大约30 °至大约70°，在一些实施例中，是大约45 °至大约
65。。图5示出了处于配合配置的密封组件的一个具体实施例。一般而言，将密封件74的上表面77与衬套54的下表面57相邻且大体上齐平，从而实现液封件74与衬套54的配合。突出部分96也插进由衬套54定义的第一孔70内。由于突出部分的各表面及衬套各表面的锥形性质，在衬套54和密封件74之间形成了缝隙70a和70b。更具体地说，在衬套54的表面71和突出部分96的表面93之间形成缝隙70a，在衬套54的表面72和突出部分96的表面94之间形成缝隙70b。70a和70b这些缝隙可提供多种不同的益处。例如，如果少量流体碰巧在液封件周围流动的话，一开始它将注满缝隙的空间而不是压紧衬套和密封件之间的密封。这样做进一步降低了密封泄漏的可能性。因此，不仅密封组件能够形成更有效的密封，而且还可设计成用于容纳液封件周围少量流体电解质的通道，从而不会造成泄漏。上文所述本发明的密封组件通常可采用本领域熟悉的多种技术，结合到湿式电解电容器中。为此，图6不出了本发明电容器100的一个具体实施例。电容器100包含一通常由阀金属组合物的多孔体形成的阳极104。所述组合物的比电荷可以有所不同，例如，为大约2，000 μ F*V/g至大约80，000 μ F*V/g，在一些实施例中，为大约5，000 μ F*V/g-大约40，000 μ F*V/g或更高，在一些实施例中，为大约10，000至大约20，000 μ F*V/g。阀金属组合物包含一种阀金属(即能够氧化的金属)或基于阀金属的组合物，如钽、铌、铝、铪、钛及各自的合金、氧化物、氮化物等。例如，阀金属组合物可能包含一种铌的导电氧化物，如铌氧原子比为1:1. 0±1. O的铌的氧化物，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1. 0±0. 3，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1. 0±0. 1，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1. O ±O. 05。例如，铌的氧化物可能是NbOa 7,NbOL 0,NbOL!和NbO2。这种阀金属氧化物的实例在Fife美国专利US 6，322，912、Fife等人美国专利US 6，391，275、Fife等人美国专利 US6, 416，730、Fife 美国专利 US 6，527，937,Kimmel 等人美国专利 US 6，576，099、Fife等人美国专利US 6，592，740、Kimmel等人美国专利US 6，639，787、Kimmel等人美国专利 US 7，220，397，及 Schnitter 美国专利申请公开 US 2005/0019581、Schnitter 等人美国专利申请公开US2005/0103638及Thomas等人美国专利申请公开US 2005/0013765中均有所描述，以上专利以全文的形式引入到本专利中作为参考。
通常可以采用常规的制造程序来形成阳极104。在一个实施例中，首先选择具有特定粒径的氧化钽或氧化铌的粉末。颗粒可以是片状、角状、节状及上述混合体或者变体。通常，颗粒的筛分粒度分布至少大约为60目，在一些实施例中为大约60目到大约325目，一些实施例中为大约100目到大约200目。此外，比表面积大约是O.1至大约10. 0m2/g，在一些实施例中，是大约O. 5至大约5. 0m2/g，在一些实施例中，大约是1. O至大约2. 0m2/g。术语“比表面积”是指按照《美国化学会志》(Journal of American Chemical Society) 1938年第60卷309页上记载的Bruanauer、Emmet和Teller发表的物理气体吸附法(B. E. T.)测定的表面积，吸附气体为氮气。同样，体积(或者斯科特)密度一般为大约O.1至大约5. Og/cm3,在一些实施例中为大约O. 2至大约4. Og/cm3, 一些实施例中为大约O. 5至大约3. Og/
3
cm ο为了便于制造阳极104，在导电颗粒中还可加入其它组分。例如，导电颗粒可任选与粘结剂(binder)与/或润滑剂混合，以保证在压制成阳极体时各颗粒彼此适当地粘结在一起。合适的粘结剂包括樟脑、硬脂酸和其它阜质脂肪酸、聚乙二醇(Carbowax)(联合碳化物公司)、甘酞树脂(Glyptal)(美国通用电气公司)、聚乙烯醇、萘、植物蜡以及微晶蜡(精制石蜡)。所述粘结剂可在溶剂中溶解和分散。溶剂实例包括水、醇等。使用粘结剂和/或润滑剂时，其百分含量是总重量的大约O. 1%至大约8%。然而，应该理解的是，本发明并不要求使用粘结剂和润滑剂。得到的粉末可以采用任一种常规的粉末压模机压紧。例如，压模可为采用单模具和一个或多个模冲的单站式压力机。或者，还可采用仅使用单模具和单下模冲的砧型压模。单站压模有几种基本类型，例如，具有不同生产能力的凸轮压力机、肘杆式压力机/肘板压力机和偏心压力机/曲柄压力机，例如可以是单动、双动、浮动模压力机、可移动平板压力机、对置柱塞压力机、螺旋压力机、冲击式压力机、热压压力机、压印压力机或精整压力机。必要时，在压制后，可在某一温度(例如，大约150°C至大约50(TC)、真空条件下对成型颗粒加热几分钟，以脱除任何粘结剂/润滑剂。或者，也可将颗粒与水溶液接触而脱除粘结剂/润滑剂，如Bishop等人的美国专利US 6，197，252中所述。该专利以全文的形式引入本专利中。压制阳极104的尺寸部分取决于金属基板要求的尺寸。在某些实施例中，阳极104的长度是大约O. 5毫米-大约100毫米，在一些实施例中，是大约I毫米-大约60毫米，在一些实施例中，是大约5毫米-30毫米。在一些实施例中，阳极104的宽度(或直径)是大约O. 5毫米-50毫米，在一些实施例中，是大约I毫米-大约40毫米，在一些实施例中，是大约4毫米-大约30毫米。也可以选择阳极104的形状，以改善所得电容器的电气性能。例如，阳极体可以是圆柱形、矩形、D-形和弧形等。阳极104还可包含一引线102，所述引线102由任何导电材料制造，如钽、铌、镍、铝、铪、钛等，以及它们的氧化物与/或氮化物制造。在一些实施例中，可通过电阻或激光焊接与引线102电连接而实现阳极104的电接触。或者，引线102只是在阳极形成前嵌进粉末中。阳极104 —般进行阳极氧化(“阳极氧化”)，以在阳极上面与/或内部形成一介质层。例如，钽(Ta)阳极可经阳极氧化变为五氧化二钽(Ta205)。一般说来，阳极氧化首先是在阳极上涂覆一种溶液，例如将阳极浸到电解质中。通常采用溶剂，如水(如去离子水)。 为了增强离子电导率，可以采用在溶剂中能够离解而形成离子的化合物。此类化合物的实例包括，例如，酸，如下文电解质一节所述。例如，酸(如磷酸)占阳极氧化溶液的含量可以是大约O. Olwt. %至大约5wt. %,在一些实施例中是大约O. 05wt. %至大约O. 8wt. %,在一些实施例中是大约O.1wt. %至大约O. 5wt. %。若需要的话，也可以采用酸的混合物。使电流通过阳极氧化溶液，形成介质层。形成电压值决定介质层的厚度。例如，一开始以恒电流模式建立电源供应，直到达到要求的电压。然后，可将电源供应切换到恒电位模式，以确保在阳极整个表面形成要求的介质层厚度。当然，也可以采用人们熟悉的其它方法，如脉冲恒电位法或阶跃恒电位法。阳极氧化发生时的电压一般是大约4至大约250V，在一些实施例中，是大约9至大约200V，在一些实施例中，是大约20至大约150V。在阳极氧化期间，阳极氧化溶液可保持在较高温度，如大约30°C或更高，在一些实施例中，大约40°C至大约200°C，在一些实施例中，大约50°C至大约100°C。阳极氧化还可在室温或更低温度下进行。所得到的介质层可在阳极表面形成或在阳极孔内形成。流体电解质(未画出)可注入到阳极104内或其可在生产后期加入到电容器内。电解质是在阳极和阴极之间提供连接路径的材料。各种合适的电解质在Evans等人的美国专利US5，369，547及US 6，594，140中进行了描述，以上专利以全文的形式引入本文中作为参考。一般说来，电解质是离子导电的，采用任何已知的电导率仪(如Oakton Con Series 11)在温度25°C时测定，其离子电导率大约为O. 5至大约100毫西门子每厘米(“mS/cm”)，在一些实施例中为大约I至大约80mS/cm,在一些实施例中为大约5mS/cm至大约60mS/cm,在一些实施例中为大约10至大约40mS/cm。在上面提到的范围内，人们认为，电解质的离子导电性使电场延伸到电解质内，其长度(德拜长度)足够导致明显的电荷分离。这一点使电介质的势能延伸到电解质，因此，所得电容器储存的势能比根据介质厚度预测的更高。换句话说，电容器可充电压超过电介质的形成电压。例如，电容器可充电压与形成电压之比可以大约为1. 0-2.0，在一些实施例中，大约为1. 1-1. 8，在一些实施例中，大约为1. 2-1. 6。举例来说，电容器可充电压可能大约为200-350V，在一些实施例中，大约为220-320V，在一些实施例中，大约为250-300V。流体电解质通常为液体形式,如溶液(如水溶液或非水溶液)、分散体、胶体等。例如，电解质可以是酸(如硫酸、磷酸或硝酸)、碱(如氢氧化钾)或盐(如铵盐，如硝酸盐)的水溶液，以及本领域已知的任何其它合适的电解质，如溶解在有机溶剂中的盐(如溶解在乙二醇类溶液中的铵盐)。其它各种合适的电解质在Evans等人的美国专利US 5，369，547及US6, 594，140中进行了描述，以上专利以全文的形式引入本文中作为参考。通过选择某一浓度范围的离子化合物(如酸、碱、盐等)，可以实现要求的离子电导率。在一个具体的实施例中，弱有机酸盐在实现要求的电解质电导率方面是有效的。盐的阳离子可能包括单原子阳离子，如碱金属(如Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+)、碱土金属(如Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+或Ba2+)、过渡金属(如Ag+、Fe2+、Fe3+等)以及多原子阳离子，如NH4' —价铵(NH4+)、钠(K+)、锂(Li+)是尤其适合本发明的阳离子。用于形成盐的阴离子的有机酸是“弱酸”是指其在25°C时测定的一级酸离解常数(pKal)为大约O至大约11，在一些实施例中，为大约I至大约10，在一些实施例中，为大约2至大约10。本发明可以使用任何合适的弱有机酸，如羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、水杨酸、磺基水杨酸、己二酸、马来酸、苹果酸、油酸、五倍子酸、酒石酸(如右旋酒石酸、内消旋酒石酸等)、柠檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、戊二酸、葡糖酸、乳酸、天冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羟基苯甲酸、氨基苯甲酸等；及以上各酸的混合物等。在用于形成盐方面，多元酸(如二元酸、三元酸等)尤其符合要求，如己二酸(PKal为4. 43，pKa2为5. 41)、α -酒石酸(pKal为2. 98和pKa2为4. 34)、内消旋酒石酸(pKal为3. 22和 pKa2 为 4. 82)、草酸(pKal 为1. 23 和 pKa2 为 4. 19)、乳酸(pKal 为 3. 13，pKa2 为 4. 76 和 pKa3为6. 40)等。实际用量可根据具体使用的盐、其在电解质所用溶剂中的溶解度和存在的其它组分而变化,此类弱有机酸盐在电解质中的含量大约为O. l_25wt. %，在一些实施例中大约为O. 2-20wt. %，在一些实施例中大约为O. 3-15wt. %，在一些实施例中大约为O. 5_5wt. %。电解质通常是水溶液，因为它包含水相溶剂，如水(如去离子水)。例如，水(如去离子水)占电解质的含量可能大约为20wt. %-95wt. %，在一些实施例中大约为30wt. %-90wt. %， 在一些实施例中大约为40wt. %-85wt. %。还可以使用第二溶剂，以形成溶剂混合物。合适的第二溶剂可能包括，例如，二醇(如乙二醇、丙二醇、丁二醇、三甘醇、己二醇、聚乙二醇、乙氧基二甘醇、二丙二醇等)；乙二醇醚(如甲基乙二醇醚、乙基乙二醇醚、异丙基乙二醇醚等)；醇(例如，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和丁醇)；酮(例如，丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮)；酯(例如，乙酸乙酯、醋酸丁酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、丙二醇甲醚乙酸酯、碳酸乙二酯、碳酸丙二酯等)；酰胺(例如，二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛/癸脂肪酸酰胺和N-烷基吡咯烷酮)；亚砜或砜(例如，二甲亚砜(DMSO)和环丁砜)等。此类溶剂混合物通常含大约40wt. %-80wt. %的水，在一些实施例中，大约含50wt. %-75wt. %的水，在一些实施例中含大约55wt. %-70wt. %的水，第二溶剂含量大约为20wt. %-60wt. %，在一些实例中大约为25wt. %-50wt. %，在一些实施例中，大约为30wt. %-45wt. %。例如，第二溶剂大约占电解质的5wt. %-45wt. %,在一些实施例中大约占IOwt. %-40wt. %,在一些实施例中大约占15wt. %-35wt. % ο如果要求的话，电解质可以相对中性，pH大约为4. 5-7. 0，在一些实施例中大约为5. 0-6. 5，在一些实施例中大约为5. 5-6. O。为了帮助达到要求的pH值，可以使用一种或多种PH调节剂(如酸、碱等)。在一个实施例中，采用一种酸将pH值降低到要求范围。合适的酸包括，例如，无机酸，如盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、多磷酸、硼酸等；有机酸，包括羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、水杨酸、磺基水杨酸、己二酸、马来酸、苹果酸、油酸、五倍子酸、酒石酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、戊二酸、葡糖酸、乳酸、天冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羟基苯甲酸、氨基苯甲酸等；磺酸，例如甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、三氟甲磺酸、苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羟基苯磺酸等；高分子酸，例如，聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)及其共聚物(例如，马来酸-丙烯酸共聚物、磺酸-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物)、角叉菜酸、羧甲基纤维素、藻酸等。虽然PH调节剂的总浓度可能有所不同，但是，它们占电解质的含量大约为O. Olwt. %-10wt. %，在一些实施例中大约为O. 05wt. %-5wt. %，在一些实施例中大约为O. lwt. %-2wt. % ο电解质还可以包含帮助提高电容器电气性能的其它组分。例如，在电解质中可以使用去极化剂，帮助抑制电解电容器阴极处氢气的产生，氢气的产生会导致电容器膨胀，最终引发失效。使用去极化剂时，去极化剂在电解质中的含量大约为l-500ppm，在一些实施例中，大约为10-200ppm，在一些实施例中，大约为20-150ppm。合适的去极化剂可能包括硝基芳香化合物，如2-硝基苯酚、3-硝基苯酚、4-硝基苯酚、2-硝基苯甲酸、3-硝基苯甲酸、4-硝基苯甲酸、2-硝基苯乙酮、3-硝基苯乙酮、4-硝基苯乙酮、2-硝基茴香醚、3-硝基茴香醚、4-硝基茴香醚、2-硝基苯甲醛、3-硝基苯甲醛、4-硝基苯甲醛、2-硝基苄醇、3-硝基苄醇、4-硝基苄醇、2-硝基邻苯二甲酸、3-硝基邻苯二甲酸、4-硝基邻苯二甲酸等。尤其适合本发明使用的硝基芳香化合物去极化剂是被一个或多个烷基取代(如甲基、乙基、丙基、丁基等)的硝基苯甲酸及其酸酐或盐。此类烷基取代硝基苯甲酸化合物的具体实例包括，例如，2-甲基-3-硝基苯甲酸；2-甲基-6-硝基苯甲酸；3-甲基-2-硝基苯甲酸；3-甲基-4-硝基苯甲酸；3_甲基-6-硝基苯甲酸；4_甲基-3-硝基苯甲酸；及其·酸酐或盐等。再一次参考图6，如果要求的话，还可在阳极104附近放置一个分隔器112和/或114，有助于防止阳极和阴极之间的直接接触，且仍然允许电解质的离子电流流向电极。适用于这种目的的合适材料实例包括，例如，多孔聚合物材料(如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯等)、多孔无机材料(如玻璃纤维垫、多孔玻璃砂纸等)、离子交换树脂材料等。具体实例包括离子全氟磺酸聚合物膜(如E.1. DuPont de Nemeours & Co.的Nafion )、磺化氟碳聚合物膜、聚苯并咪唑(PBI)膜和聚醚醚酮(PEEK)膜。虽然可以避免阳极和阴极直接接触，但是，分离器仍然允许电解质的离子电流流向各电极。不管怎样，阳极104通常位于外壳111内部。外壳111通常采用金属，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢(如不锈钢)及各自的合金(如导电氧化物)、复合物(如涂覆导电氧化物的金属)等制造。在所示实施例中，外壳111为圆柱形。然而，应该理解的是，本发明的外壳111可以采用任何几何结构，如D-形、矩形、三角形、棱形等。如果要求的话，还可以采用位于外壳111上且与密封组件50配合的盖子106。在所示实施例中，例如，密封组件50简单地放在盖子106的内部环形孔内。也就是说，盖子106具有分别位于表面41和表面40相邻且与分别表面41和表面40大体上平齐的下表面和端面。外壳111和盖子106最好米用同一种材料制造，例如采用钛金属或其合金制造。外壳111还包含侧壁108和下壁110。虽然并未画出，可任选一阴极引线密封到下壁110的一端。如果要求的话，侧壁108与/或下壁110可经粗化以增大表面积。例如，在一个实施例中，对表面进行化学蚀刻，如在表面涂上一种腐蚀性物质的溶液(如盐酸)。该表面还可以进行电化学蚀刻，如对腐蚀性物质的溶液施加电压，使其进行电解。将电压升到足够高，以在基板表面产生“火花”，人们认为，“火花”会产生足够高的局部表面温度，将基板腐蚀。这种方法在Dreissig等人的美国专利申请公开号2010/0142124的专利中进行了更为详细的描述。该专利以全文的形式引入到本专利中作为参考。除化学或电化学粗化方法之外，还可以采用机械粗化处理。例如，在一个实施例中，通过向至少部分表面喷射一股磨料(如砂)而对表面进行喷砂处理。还可对外壳111的至少部分施用电化学活性的阴极材料(未画出)，以抑制腐蚀，且在电压升高时充当热障。例如，所述阴极材料可位于侧壁108与/或下壁110的内表面上。通常可采用任何已知的电化学活性材料。一种合适的材料是导电聚合物涂料。导电聚合物涂料可以是一层或多层。这些层中采用的材料可以不同。例如，在一个实施例中，所述材料包括通常是η-共轭的，并在氧化或还原后具有导电性，例如，氧化后电导率至少约为IysCnT1的导电聚合物。此类31-共轭的导电聚合物的实例包括，例如，聚杂环类(例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等)、聚乙炔、聚-对苯撑、聚苯酚盐等。取代聚噻吩尤其适合用作本发明的电化学活性材料。不受理论的限制，我们认为，将电容器充到较高电压(例如，超过形成电压)，将会迫使电解质的离子向包含此类取代聚噻吩的涂层移动。这导致导电聚合物“溶胀”，并将离子保持在表面附近，从而提高了电荷密度。由于聚合物通常是无定形的和非结晶的，它还会耗散与/或吸收与高电压有关的热量。我们还认为，在放电时，取代聚噻吩“松弛”，使电解质中的离子离开涂层。通过这种溶胀和松弛机理，不需与电解质发生化学反应，金属基板附近的电荷密度即可得到提高。因此，不需要采用传统的导电涂料，如采用活性炭或金属氧化物(如氧化钌)制备的导电涂料，即可提供机械强度和良好的电气性能。实际上，采用涂层作为金属基板的主要材料，可以得到优异的结果。也就是说，涂层至少占金属基板上材料的大约90wt. %左右，在一些实施例中，至少占大约92wt. %左右，在一些实施例中，至少占大约95wt. %左右。但是，应该理解的是，在本发明的一些实施例中，也可以使用其它导电涂料。在一个具体实施例中,所述取代聚噻吩具有下述结构通式
权利要求
1.一种湿式电解电容器,包括一阳极，所述阳极包括涂覆介质层的多孔阳极体；一与所述阳极电接触的流体电解质，其中一阳极引线自所述多孔阳极体引出；一外壳，所述阳极和所述流体电解质位于外壳内 '及一与所述外壳连接的密封组件，所述阳极引线穿过所述密封组件，其中所述密封组件包括一定义了第一孔的衬套，所述第一孔位于相对的向内表面之间，至少其中一个向内表面存在第一锥度 '及一与所述衬套配合的液封件，所述液封件包含一突出部分，所述突出部分具有相对的向外表面，至少其中一个向外表面存在第二锥度，其中第二锥度比第一锥度大，其中所述突出部分插进所述孔内，因此，能够在衬套的向内锥形表面和液封件的向外锥形表面之间形成密封。
2.根据权利要求1所述的湿式电解电容器,其中所述衬套包含一套体部分和从套体部分延伸的外围凸缘，所述套体部分定义所述第一孔。
3.根据权利要求1或2所述的湿式电解电容器，其中所述第一孔为截头圆锥形。
4.根据以上任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述密封组件进一步包括一与所述衬套相邻的管件。
5.根据权利要求4所述的湿式电解电容器，其中所述管件具有定义第二孔的向内表面，所述阳极引线伸进所述第一孔和所述第二孔内。
6.根据权利要求5所述的湿式电解电容器，其中所述第二孔的最大宽度小于第一孔的最大宽度。
7.根据权利要求4所述的湿式电解电容器，其中所述管件由导电材料形成。
8.根据权利要求4所述的湿式电解电容器，其中所述管件具有向内表面，所述向内表面与所述衬套的各向内表面分别对齐。
9.根据权利要求8所述的湿式电解电容器，其中所述管件的至少一个向内表面的锥度大体上与第一锥度相等。
10.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述液封件具有相对的向内表面，所述向内表面定义了穿过所述突出部分的第三孔，其中所述阳极引线伸进所述第三孔和所述第一孔内。
11.根据权利要求10所述的湿式电解电容器，其中所述第三孔的最大宽度小于所述第一孔的最大宽度。
12.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述突出部分为截头圆锥形。
13.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述第二锥度与所述第一锥度之比是大约1.1至大约2，优选是大约1. 15至大约1. 5。
14.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述第一锥度的范围是大约20°至大约60°，优选是大约35°至大约55°，其中所述第二锥度的范围是大约30°至大约70°，优选是大约45°至大约65°。
15.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述衬套的两个向内表面是锥形的，所述液封件的两个向外表面是锥形的。
16.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中在所述衬套的向内锥形表面与所述突出部分的向外锥形表面之间形成一缝隙。
17.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述液封件的上平面与所述衬套的下平面相邻且大体上平齐。
18.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述衬套、液封件或它们两者均由绝缘材料形成。
19.根据上述权利要求18所述的湿式电解电容器，其中所述衬套由玻璃材料形成，而所述液封件由聚合物材料形成。
20.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，进一步包括一盖住外壳的盖子， 所述盖子定义了第四孔，所述密封组件放在所述第四孔内。
21.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述外壳包括一围住内部的侧壁，其中一电化学活性的阴极材料位于至少部分侧壁上。
22.根据权利要求21所述的湿式电解电容器，其中所述电化学活性阴极材料包括一种导电聚合物，如聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)。
23.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述外壳包含钛或其合金。
24.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述外壳横截面为普通圆柱形。
25.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述多孔阳极体包括钽、铌或其导电氧化物。
26.根据上述任一项权利要求所述的湿式电解电容器，其中所述电解质是含水的。
全文摘要
本发明公开了一种包含放在外壳内的阳极和流体电解质的湿式电解电容器。所述电解电容器还包含一密封组件，所述密封组件采用一具有相对的向内锥形表面的衬套，在相对的向内锥形表面之间定义了一孔。为了有助于抑制从所述孔的泄漏，还采用一液封件，所述液封件包含一具有向外锥形表面的突出部分，所述锥形表面配置为与衬套的向内表面相配合。密封件的至少一个向外表面的逐渐减小的角度大于衬套的相应向内表面的角度。采用这种方式，表面可收拢到一起而形成楔形，比其仅仅互相配合可能形成的密封更紧密。这一楔形进一步降低了电解质泄漏的可能性，继而改善了电容器的电气性能。
文档编号H01G9/08GK103000388SQ20121033535
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月11日 优先权日2011年9月13日
发明者F·普里班 申请人:Avx公司