一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺的制作方法

本发明涉及铝电解电容器制造，具体为一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺。

背景技术：

1、铝电解电容器因具有单位体积容量高、成本适中和工艺成熟等特点，广泛应用于电源滤波、逆变器母线、工业控制及车载电子等领域。随着新能源车辆、高压储能变换器、光伏逆变器以及高功率电源模块向高电压、高纹波电流和长寿命方向发展，传统液态铝电解电容器在等效串联电阻、漏电流稳定性和高温寿命方面逐渐面临更高要求。为兼顾低阻抗和自修复能力，采用导电聚合物与液态电解液共同构成导电通路的固液混合型铝电解电容器成为一种重要发展方向，其中pedot类导电聚合物因导电性较好、成膜稳定性较高而受到关注。

2、现有固液混合型铝电解电容器通常采用静态真空浸渍、加压浸渍或多次浸渍方式将pedot:pss分散液引入卷绕素子内部，再通过热风干燥、真空干燥等方式去除溶剂。然而，高耐压阳极铝箔经蚀刻和阳极氧化后形成大量细长孔道，孔径、孔颈和孔深分布复杂，分散液中的pedot:pss胶粒在进入深部孔道时容易受到残留气体、毛细阻力、界面电荷排斥和胶粒团聚的共同影响，导致导电聚合物更易停留于孔口或浅表区域，难以在阳极氧化膜孔壁上形成连续、稳定且深度可控的沉积层。

3、同时，水系pedot:pss分散液在干燥过程中还存在结构保持难题。若采用常规热风干燥或快速脱溶剂方式，孔道内液体蒸发形成的毛细收缩作用容易使已沉积的导电聚合物骨架塌缩、开裂或局部脱附，进而影响电容器的等效串联电阻、漏电流和耐压一致性。另一方面，单纯加入润湿剂虽然能够降低表面张力，但通常难以改变阳极氧化膜与pedot:pss胶粒之间的界面吸附状态；若盲目提高外加电场强度，又可能引起水电解、气泡阻塞、导电聚合物氧化降解或介质层局部损伤。因此，如何在不破坏阳极氧化膜完整性的前提下，提高pedot在高耐压阳极箔深部孔道中的进入能力、界面锚定能力和干燥后的结构保持能力，仍是铝电解电容器芯包真空浸渍制备中需要解决的关键问题。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，用于解决现有pedot:pss静态真空浸渍难以进入高耐压阳极铝箔深部蚀刻孔道、导电聚合物与氧化膜孔壁界面锚定不足、常规热风或真空干燥易导致聚合物骨架塌缩以及提高电场强度易引起副反应和介质层损伤的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，包括阳极箔界面修饰、卷绕成素子、电场辅助真空浸渍、溶剂梯度置换、异丙醇/丙酮过渡置换、超临界co2干燥、多次浓度递减复浸、液态电解液二次浸渍以及装配密封老化步骤。

6、优选的，所述阳极箔界面修饰步骤包括对已完成蚀刻和阳极氧化的阳极铝箔进行去离子水清洗和异丙醇/水混合液真空润湿，并优选通过聚多巴胺沉积形成界面修饰层，使阳极氧化膜孔壁对pedot:pss胶粒具有更稳定的界面吸附作用；在不改变前述电场辅助浸渍和超临界co2干燥主工艺链的情况下，也可采用氨丙基硅烷接枝或交联聚乙烯醇处理作为可选替代方式。

7、优选的，所述电场辅助真空浸渍步骤中，电容器素子的阳极引线连接至正极汇流件，真空浸渍罐内的筒状网状对极连接至负极，阴极引线通过限流电阻接地或接参考电位，在真空脱气状态下引入pedot:pss分散液并施加脉冲直流电场，使pedot:pss胶粒在电场驱动和界面锚定共同作用下进入阳极铝箔的蚀刻孔道。

8、优选的，所述超临界co2干燥步骤在水/乙醇梯度置换以及异丙醇/丙酮过渡置换后进行，通过在超临界状态下萃取孔道内有机溶剂并控速退压，降低液气界面毛细收缩对pedot骨架造成的塌缩破坏。

9、优选的，所述多次浓度递减复浸采用至少三次pedot:pss分散液浸渍，且后一次浸渍所用分散液固含量低于前一次浸渍所用分散液固含量，从而在阳极铝箔孔道内形成由孔壁向孔中心递减的pedot沉积结构，并为液态电解液二次浸渍保留传输空间。

10、（三）有益效果

11、本发明提供了一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，具备以下有益效果：

12、铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺通过在阳极铝箔氧化膜孔壁形成界面修饰层，改善pedot:pss分散液对蚀刻孔道的润湿进入状态，增强导电聚合物在孔壁处的吸附和沉积稳定性，减少浸渍退场过程中的回流、脱附和浅表堆积。

13、铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺采用脉冲直流电场辅助真空浸渍，使pedot:pss胶粒在真空脱气基础上获得定向进入深部孔道的驱动力，并通过控制电场强度、脉冲方式和电流密度，降低水电解产气、局部过热及介质层损伤风险。

14、铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺采用溶剂梯度置换和超临界co2干燥，避免常规热风干燥过程中液气界面毛细收缩对pedot骨架造成塌缩破坏，使导电聚合物在孔道内保持较好的三维连通状态。

15、铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺通过界面修饰、电场辅助浸渍、超临界co2干燥、浓度递减复浸和液态电解液二次浸渍之间的协同配合，提高pedot的沉积充分性、孔道分布均匀性和长期结构稳定性，有利于改善芯包的耐压能力、容量一致性、漏电流稳定性、低阻抗性能和高温可靠性。

1.一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：所述界面修饰层的厚度为1.5nm至12nm，所述界面修饰层为聚多巴胺界面层。

3.根据权利要求3所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：在形成所述界面修饰层之前，将所述阳极铝箔置于去离子水中进行超声清洗，再置于异丙醇/水混合液中进行真空润湿；当所述界面修饰层为聚多巴胺界面层时，将真空润湿后的阳极铝箔置于含多巴胺盐酸盐和tris-hcl缓冲液的反应液中反应，所述反应液的ph为8.0至9.0，反应温度为20℃至40℃，反应时间为2h至24h，反应后经水洗和真空干燥得到所述聚多巴胺界面层。

4.根据权利要求3所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：所述pedot:pss分散液的固含量为0.5wt%至3.5wt%，pedot:pss胶粒的粒径中位数为20nm至150nm，多分散指数小于0.5，所述pedot:pss分散液的ph为1.8至3.5，并且所述pedot:pss分散液中含有二甲基亚砜和乙二醇中的至少一种共溶剂。

5.根据权利要求4所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：所述电场辅助浸渍过程中，真空浸渍罐内真空度为100pa至5000pa，温度为40℃至60℃；所述筒状网状对极为不锈钢圆筒网，所述筒状网状对极与所述电容器素子表面的间距为1cm至2cm，所述限流电阻为10kω至1mω。

6.根据权利要求5所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：所述脉冲直流电场的电场强度为10v/cm至35v/cm，脉冲频率为1hz至20hz，占空比为20%至80%，电场作用时间为10min至60min，且电场作用后在真空状态下静置，再通入惰性气体使真空浸渍罐恢复至常压。

7.根据权利要求6所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：所述水/有机溶剂梯度置换包括水/无水乙醇体积比依次为75:25、50:50、25:75和0:100的多级置换，每级置换时间为5min至30min；并且在无水乙醇置换之后、超临界co2干燥之前，采用异丙醇/丙酮混合溶剂进行过渡置换，所述异丙醇/丙酮混合溶剂中异丙醇与丙酮的体积比为60:40至90:10。

8.根据权利要求7所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：所述超临界co2干燥包括：将经梯度置换和异丙醇/丙酮过渡置换后的素子装入超临界co2反应釜，以0.1mpa/min至1.0mpa/min的速率升压至超临界压力，并升温至超临界温度；在等温等压条件下通入co2进行萃取，萃取时间为70min至100min，或者萃取至排气端有机溶剂含量低于50ppm；萃取结束后维持反应釜温度不变并控速退压至常压。

9.根据权利要求8所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：所述pedot:pss分散液浸渍、梯度置换和超临界co2干燥共进行三次，第一次浸渍所用pedot:pss分散液固含量为1.0wt%至2.0wt%，第二次浸渍所用pedot:pss分散液固含量低于第一次浸渍所用pedot:pss分散液固含量，第三次浸渍所用pedot:pss分散液固含量低于第二次浸渍所用pedot:pss分散液固含量。

10.根据权利要求9所述的一种铝电解电容器芯包真空浸渍制备工艺，其特征在于：所述液态电解液为γ-丁内酯基电解液、乙二醇基电解液或其混合电解液，所述液态电解液二次浸渍采用真空浸渍、加压浸渍或真空-加压复合浸渍，使液态电解液填充于pedot沉积结构保留的孔隙和电解纸中。