一种高压储能电容器的金属化薄膜芯子及其制备方法与流程

本发明属于薄膜芯子电容器技术领域，具体涉及一种高压储能电容器的金属化薄膜芯子及其制备方法。

背景技术：

金属化薄膜电容器因耐电压高、耐冲击电流大、使用寿命长等特点被应用于军事、医疗、汽车、工业等很多领域。其中高压储能，高压脉冲放电场合的金属化薄膜电容器，性能要求具有10ka-100ka的脉冲电流放电能力及us级的放电时间，产品的设计要求很高。

高压储能，高压脉冲薄膜电容器的设计目前主要有2种方法，第1种方法是采用高方阻厚度较厚的金属化聚丙烯薄膜做电极和介质材料，第2种方法是采用高方阻厚度较薄的内部串联金属化聚丙烯薄膜做电极和介质材料。采用这2种方法卷绕的芯子，需要耐受5kv-50kv的额定电压，对于电容器制造过程中的赋能、耐电压测试设备有高压或超高压的要求，需要特种设备和特种作业。

技术实现要素：

本发明针对上述缺陷，提供一种高压储能电容器的金属薄膜化芯子及其制备方法，旨在解决现有技术中制备得到的电容器的芯子内部串联蒸镀膜局部放电，较厚金属化聚丙烯薄膜介电强度过高和赋能、耐电压测试设备有高压或超高压的要求，需要特种设备和特种作业的问题。

本发明提供如下技术方案：一种高压储能电容器的金属化薄膜芯子，所述芯子为表面包裹有两层具有留绝缘边的金属化聚丙烯薄膜以卷边错位的方式包裹的芯棒，所述芯子还具有喷金层；所述金属化聚丙烯薄膜纵由上到下包括金属化电极层和聚丙烯介质层，所述聚丙烯介质层膜横向上包括加厚区、过渡区、活动区和留边区，镀层厚度以斜坡式依次递减。

进一步地，所述加厚区的方阻值为5-10ω/□。

进一步地，所述过渡区的方阻值为10-40ω/□。

进一步地，所述活动区的方阻值为40-90ω/□。

进一步地，所述留边区是无蒸镀层区。

进一步地，所述留边区的宽度根据电容器单只芯子的额定电压确定，留边宽度越大，隔离电压越高。

进一步地，所述金属化聚丙烯薄膜卷边错位的宽度为1.5-2.5mm。

本发明还提供上述高压储能电容器的金属化薄膜芯子的制备方法，包括以下步骤：

s1：将两层所述金属化薄膜进行卷边错位地交叠，所述卷边错位为将两层所述留边区朝向所述芯棒的上部和下部不同方向；

s2：将两层所述金属化薄膜用所述芯棒包裹卷绕；

s3：经过所述s2的卷绕，经过热压或冷压工艺得到圆柱体或椭圆柱体的芯子。

进一步地，所述s3步骤得到的芯子的两层所述金属化薄膜的卷绕外径为50-150mm。

本发明的有益效果为：

1、赋能、耐电压测试设备有高压或超高压的要求，需要特种设备和特种作业问题。本发明提供的高压储能电容器的金属薄膜化芯子的制备方法制备得到的单个芯子设计的额定电压<1000v，在电容器制造、测试和试验过程中电压<2000v，采用本发明提供的制备方法制备得到的金属薄膜化内部芯子串联的芯子组电容器的常规设备即能满足电压要求，同时操作过程无特高压，不需要特种作业。

2、提供的高压储能电容器的芯子采用了金属化薄膜卷绕芯子，解决了较厚金属化聚丙烯薄膜介电强度过高的问题。

3、采用较薄的金属化聚丙烯薄膜做电极和介质材料，因金属化镀层不存在串联结构，即不存在尖端放电和局部放电，同时因较薄的膜承受的额定电压比较低，不会形成高压电离。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明提供的高压储能电容器的金属化薄膜芯子的内部结构图；

图2为本发明提供的高压储能电容器的金属化薄膜芯子的表面金属薄膜的结构示意图。

具体实施例方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，为本实施例提供的一种高压储能电容器的金属化薄膜芯子，所述芯子为表面包裹有两层具有留绝缘边的金属化聚丙烯薄膜以卷边错位的方式包裹的芯棒，所述芯子还具有喷金层；如图2所示，所述金属化聚丙烯薄膜纵由上到下包括金属化电极层和聚丙烯介质层，所述聚丙烯介质层膜横向上包括加厚区、过渡区、活动区和留边区，镀层厚度以斜坡式依次递减。

加厚区的方阻值为5-10ω/□，过渡区的方阻值为10-40ω/□，活动区的方阻值为40-90ω/□。留边区是无蒸镀层区，宽度为2-4mm。起到隔离不同极性的蒸镀层和喷金层的作用，膜的平行面是蒸镀区，垂直面是喷金区。留边区的宽度根据电容器单只芯子的额定电压确定，留边宽度越大，隔离电压越高。

电容器的额定电压根据un＝薄膜介电强度x薄膜厚度，为达到储能电容器比较高的额定电压，常规设计采用比较厚的薄膜和比较高的介电强度，如采用7um厚薄膜，介电强度设计为650v/um。介电强度的设计值越高，则金属化蒸镀层越薄，方阻越高，发热量越大，产品使用寿命越短。本发明提供的高压储能电容器的芯子采用了金属薄膜包裹芯子，解决了较厚金属化聚丙烯薄膜介电强度过高的问题。

实施例2

本实施例提供实施例1提供的高压储能电容器的金属化薄膜芯子的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

s1：将两层所述金属化薄膜进行卷边错位地交叠，所述卷边错位为将两层所述留边区朝向所述芯棒的上部和下部不同方向；

s2：将两层所述金属化薄膜用所述芯棒包裹卷绕；

s3：经过所述s2的卷绕，经过热压或冷压工艺得到圆柱体或椭圆柱体的芯子。

s3步骤得到的芯子的两层所述金属化薄膜的卷绕外径为50-150mm。

芯子的卷绕外径由芯子的空间布局、卷绕机的工程能力和芯子的额定容量确定，直径越小，卷绕难度越低，性能越好，但直径太小，效率较低，但直径太大，卷绕难度越高，张力越大，尤其是靠近圆柱轴心位置。

芯子形体可分为圆柱体和椭圆柱体，其中椭圆柱体为圆柱体的压扁形态，优选为圆柱体，因为椭圆柱体经过热压或冷压工艺，内部张力分布不均，尤其椭圆弧处薄膜的张力会增加，在高压使用过程中易发生过度自愈，缩短电容器使用寿命。

金属化聚丙烯薄膜的卷绕错位量根据电容器芯子的额定电压和薄膜的留边宽度确定，卷边错位的宽度的取值范围是1.5-2.5mm。金属化聚丙烯薄膜的留边区为无蒸镀层区，宽度为2-4mm，起到隔离不同极性的蒸镀层和喷金层的作用，留边宽度根据电容器单只芯子的额定电压确定，留边宽度越大，隔离电压越高。

采用上述方法制备得到的芯子串联后电气参数：耐电压un＝单个芯子的耐电压unx串联数量n，电容量cn＝单个芯子的耐电压c1÷串联数量n，如果要得到比较大的大容量，需要多个串联芯子组并联，并联后参数：耐电压＝un，电容量cn＝1个串联芯子组的cnx并联数量n。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。