一种中高压铝电解电容器的制作方法

本发明涉及电子元器件领域，具体为一种中高压铝电解电容器。

背景技术：

1、铝电解电容器是一种基本的电子元件，因其具有容量大、体积小、成本低等优点，被广泛应用于电源滤波、耦合、旁路等电路中。随着电动汽车产业、5g通信基站、军事以及航空航天等领域的快速发展，对铝电解电容器的性能要求日益提高，尤其是对工作电压和高温稳定性的要求不断提升。在铝电解电容器中，工作电解液的作用是随时修补阳极氧化膜上出现的缺陷，维护电容器的性能和寿命。因此，电解液的性能直接决定了铝电解电容器的耐压能力、温度特性和使用寿命。

2、电解液的闪火电压是决定铝电解电容器工作电压上限的核心参数。闪火电压是指阳极氧化膜在电场作用下发生击穿或持续放电的临界电压。对于中高压铝电解电容器（工作电压通常在100v以上），电解液必须具有足够高的闪火电压，以保证电容器在高压下长期稳定运行。

3、离子液体因其液态温度范围宽、热稳定性和化学稳定性高、蒸汽压极低、不挥发、离子电导率高等突出优点，被认为是有望替代传统电解液体系的新一代电解质材料。然而，现有技术中离子液体用于铝电解电容器时存在一个根本性障碍：闪火电压普遍偏低。研究表明，以马来酸或邻苯二甲酸的1,3-二烷基取代的咪唑盐或四氢吡咯盐离子液体为电解质，所制成的电容器虽然能通过105℃,1000h寿命试验和耐回流焊接热试验，但电解液的闪火电压与传统电解液相比明显偏低，一般只能用于50v以下的低压电容器产品。

4、为解决离子液体电解液闪火电压偏低的问题，现有技术提出了添加高氧化态溶质的方案。例如中国专利cn111681877b公开了一种超高稳定性铝电解电容器用离子液体电解液，其以离子液体咪唑硫酸酯盐与乙二醇制备基础离子液体电解液，并通过向其中添加高氧化态溶质来提高闪火电压。然而，该方案以咪唑类离子液体为基础，闪火电压小于100v，难以满足中高压铝电解电容器的应用需求。此外，该方案所报道的闪火电压提升主要依赖高氧化态溶质的电化学吸附成膜机制，离子液体本体结构对闪火电压的贡献有限。

5、综上所述，现有技术中离子液体电解液应用于铝电解电容器时，存在闪火电压低、难以满足中高压应用需求的核心问题。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种中高压铝电解电容器。

2、所采用的技术方案如下：

3、一种中高压铝电解电容器，包括阳极箔、阴极箔、电解纸、电解液、盖板和铝壳，所述电解纸间隔设置于阳极箔与阴极箔之间，阳极箔、电解纸与阴极箔依次层叠后卷绕形成芯包，芯包经电解液浸渍后封装于铝壳内并通过盖板密封，所述电解液含有磷酰基季鏻盐离子液体。

4、进一步地，所述磷酰基季鏻盐离子液体的阳离子结构如下：

5、

6、其中，l为亚烷基，r1、r2、r3、r4、r5相同或不同，各自独立的为烷基。

7、进一步地，r1、r2、r3相同，均为c1-c5的直链烷基。

8、更进一步地，r1、r2、r3相同，均为正丁基。

9、进一步地，r4、r5相同，均为c1-c5的直链烷基。

10、更进一步地，r4、r5相同，均为乙基。

11、进一步地，l为c1-c5的直链亚烷基。

12、更进一步地，l为亚乙基。

13、进一步地，所述磷酰基季鏻盐离子液体的阴离子结构如下：

14、

15、r6、r7相同或不同，各自独立的为氟、c1-c5直链烷基或氟取代c1-c5直链烷基。

16、进一步地，r6、r7不同，其中一个为氟，另一个为氟取代c1-c5直链烷基。

17、更进一步地，r6、r7不同，其中一个为氟，另一个为全氟甲基。

18、进一步地，所述磷酰基季鏻盐离子液体的制备方法如下：

19、使三烷基膦与卤代烷基膦酸酯在惰性气氛下进行季鏻化反应，得到季鏻卤化物；使所述季鏻卤化物与含目标阴离子的盐进行阴离子交换反应即得。

20、进一步地，以重量份数计，所述电解液由以下成分组成：

21、磷酰基季鏻盐离子液体8-12份、乙二醇50-60份、γ-丁内酯15-25份、有机羧酸铵盐8-12份、消氢剂0.2-0.8份、次亚磷酸铵1-2份、三乙胺0.3-0.9份、去离子水0.5-1.5份。

22、进一步地，所述有机羧酸铵盐为癸二酸铵、十二双酸铵、壬二酸氢铵、己二酸铵中的至少一种，所述消氢剂为对硝基苯甲醇和/或对硝基苯甲酸。

23、相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

24、本发明提供了一种中高压铝电解电容器，其电解液含有磷酰基季鏻盐离子液体，其阳离子侧链末端带有膦酸酯基团。该磷酰基中的p=o双键具有强配位能力，能够与阳极氧化膜表面的al3+位点发生配位作用，形成稳定的al-o-p键合吸附层。该吸附层优先覆盖氧化膜表面的氧空位、微孔及晶界等缺陷位点。在电场作用下，这些缺陷位点正是局部放电与击穿的起始位置；通过配位吸附封堵缺陷，可有效阻断局部放电通道，从而显著提高电解液的闪火电压。本发明的磷酰基官能团共价键合于离子液体阳离子上，在电解液中均匀分布且不易迁移或流失，实现了结构-功能一体化，长期稳定性更优。

25、季鏻阳离子中心磷原子采用sp3杂化，四个取代基呈四面体构型，正电荷高度分散，与咪唑阳离子的平面芳环结构相比，在阳极正电场下不易发生氧化分解，本征电化学稳定性更高。磷酰基的引入进一步增强了阳离子在正电场下的界面稳定性，使电解液能够承受更高的阳极电位，为中高压应用提供了基础。

26、本发明优选的(氟磺酰)(三氟甲磺酰)亚氨基阴离子具有不对称结构，电荷离域程度高，电化学氧化电位高，且可降低离子液体粘度、提高电导率。阴阳离子协同将闪火电压提升至中高压应用所需水平。

27、乙二醇与γ-丁内酯复合溶剂体系兼顾高介电常数与低粘度，有机羧酸铵盐提供氧化膜修补功能，次亚磷酸铵兼具闪火电压提升与防水合作用，消氢剂吸收工作过程中产生的氢气，三乙胺调节ph至中性范围。各组分与磷酰基季鏻盐离子液体协同作用，使电容器在保持高闪火电压的同时，兼具良好的电导率、高温稳定性与低温性能。

28、本发明解决了现有离子液体电解液闪火电压偏低、难以满足中高压应用需求的技术难题，为离子液体电解液在中高压铝电解电容器的应用提供了方向。

1.一种中高压铝电解电容器，包括阳极箔、阴极箔、电解纸、电解液、盖板和铝壳，所述电解纸间隔设置于阳极箔与阴极箔之间，阳极箔、电解纸与阴极箔依次层叠后卷绕形成芯包，芯包经电解液浸渍后封装于铝壳内并通过盖板密封，其特征在于，所述电解液含有磷酰基季鏻盐离子液体。

2.如权利要求1所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，所述磷酰基季鏻盐离子液体的阳离子结构如下：

3.如权利要求1所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，r1、r2、r3相同，均为c1-c5的直链烷基。

4.如权利要求1所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，r4、r5相同，均为c1-c5的直链烷基。

5.如权利要求1所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，l为c1-c5的直链亚烷基。

6.如权利要求1所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，所述磷酰基季鏻盐离子液体的阴离子结构如下：

7.如权利要求6所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，r4、r5不同，其中一个为氟，另一个为氟取代c1-c5直链烷基。

8.如权利要求2所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，所述磷酰基季鏻盐离子液体的制备方法如下：

9.如权利要求1-8中任一项所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，以重量份数计，所述电解液由以下成分组成：

10.如权利要求9所述的中高压铝电解电容器，其特征在于，所述有机羧酸铵盐为癸二酸铵、十二双酸铵、壬二酸氢铵、己二酸铵中的至少一种，所述消氢剂为对硝基苯甲醇和/或对硝基苯甲酸。