一种高压用铝电解电容器及电解液的制作方法

1.本技术涉及电解液的技术领域，更具体地说，它涉及一种高压用铝电解电容器及电解液。


背景技术：

2.铝电解电容是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极，并对正极进行直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。电解液作为铝电解电容器的实际阴极，具有提供阳离子、修补阳极氧化膜的重要作用，对电容器的物理性能起到重要的作用。
3.目前，电解液主要包括溶质和溶剂，其中溶剂是影响电解液温度的主要因素，现有的溶剂多为乙二醇体系，加入二甲基甲酰胺作为辅助溶剂，可提高电解液的电导率，电解液的闪火电压有明显下降，电容器会很容易出现击穿失效情况，影响电解电容器的使用寿命。


技术实现要素：

4.为了提高铝电解电容器的使用寿命，本技术提供一种高压用铝电解电容器及电解液。
5.第一方面，本技术提供一种高压铝电解电容器用电解液，采用如下的技术方案：1.一种高压铝电解电容器用电解液，其特征在于，由包括如下重量份的原料制成：乙二醇40-55份；溶质3-8份；抗水合剂2-8份；消氢剂5-10份；粘度调节剂5-15份；改性聚乙二醇丁二酸酯2-10份；所述改性聚乙二醇丁二酸酯由包括纳米二氧化硅1-5份、聚乙二醇5-15份以及丁二酸5-15份的原料制成。
6.通过采用上述技术方案，闪火电压值越小，电容器就越容易被击穿，电解液的电导率影响铝电解电容器的损耗，电导率越高，损耗越小，向电解液中加入抗水合剂、消氢剂、粘度调节剂以及改性聚乙二醇丁二酸酯，提升了电解液的导电能力以及闪火电压，本技术的高压铝电解电容器用电解液提高铝电解电容器的使用寿命。
7.乙二醇的溶解能力较强，能够很好的使其他原料进行溶解；溶质可以与乙二醇配合，提高电解液的电导率与闪火电压，电解液中的水分会加速对铝电解电容器的腐蚀，影响铝电解电容器的使用寿命，抗水合剂可抑制电解液体系中发生水合作用，修补介质膜，减少漏电流的生成，提高电解液的闪火电压，进而延长铝电解电容器的使用寿命；消氢剂能减少电解液体系中氢离子的浓度，有效减少电解液中的氢气，减少铝电解电容器中内压上升导致电容器失效的现象发生；电解液的粘度对电解液的闪火电压有很大的影响，粘度调节剂
可以调节电解液体系的粘度，进一步调整电解液体系的闪火电压；改性聚乙二醇丁二酸酯可提高电解液的电导率、闪火电压以及热稳定性，并且能中提高电解液体系中各原料的分散性，从而提高铝电解电容器的使用寿命。
8.优选的，所述改性聚乙二醇丁二酸酯的制备方法包括：s11、将聚乙二醇以及丁二酸酯混合，加热至110-140℃，使丁二酸完全熔融后抽真空，并持续升温至170-190℃，得到第一混合物；s12、向所述第一混合物中加入甲苯，恒温下混合均匀后回收甲苯，得到聚乙二醇丁二酸酯；s13、将纳米二氧化硅加入所述聚乙二醇丁二酸酯中，混合均匀，得到改性聚乙二醇丁二酸酯。
9.通过采用上述技术方案，改性聚乙二醇丁二酸酯是末端为羧基的长链大分子聚合物，相对分子质量较大，两端羧基的距离增长，使得羧基进入阳极氧化膜的能力减弱，减少对阳极氧化膜的破坏，此外，改性聚乙二醇丁二酸酯能电离出带负电的羧酸根离子，能增加阳极箔表面的羧酸根离子浓度，从而增加电解液的电导率。
10.纳米二氧化硅颗粒细小，比表面积大，能够提高电解液体系中各原料的分散性，并且纳米二氧化硅的吸附能力强，降低离子的活度以及载流子淌度，改性聚乙二醇丁二酸酯能够负载在纳米二氧化硅上，使改性聚乙二醇丁二酸酯更好的附着在铝电解电容器上，可以减少铝电解电容器的腐蚀并且能够使电解液在提高闪火电压的同时提高电解液的电导率，进而提高铝电解电容器的使用寿命。
11.优选的，步骤s13完成后，还包括以下步骤：s14、将氨气通入所述改性聚乙二醇丁二酸酯中,调节改性聚乙二醇丁二酸酯的ph为5-6.5。
12.通过采用上述技术方案，改性聚乙二醇丁二酸酯不通高纯氨气之前的ph为4，通入高纯氨气调节改性聚乙二醇丁二酸酯的ph，闪火电压随着改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值的增大而降低，电导率随改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值增大而升高，当闪火电压降低幅度较小时，电导率的升高幅度较大。
13.优选的，所述聚乙二醇与所述丁二酸的质量比为(0.5-0.9):1。
14.通过采用上述技术方案，以聚乙二醇和丁二酸为原料合成改性聚乙二醇丁二酸酯，聚乙二醇可抑制氧化膜的被腐蚀速率，并且聚乙二醇还可提高电解液粘度，降低电解过程中的例子迁移速度，导致电解电流下降，实现高电位下阳极氧化的过程，提高电解液的闪火电压，避免了在阳极箔发生被击穿的现象，提高了铝电解电容器的使用寿命。
15.优选的，所述改性聚乙二醇丁二酸酯与所述乙二醇的的质量比为(0.04-0.06)：1。
16.通过采用上述技术方案，向电解液中加入改性聚乙二醇丁二酸酯可以提高电解液的闪火电压，当改性聚乙二醇丁二酸酯添加量越大，闪火电压提高的越多，电导率有所下降，当改性聚乙二醇丁二酸酯添加过多时，电导率下降幅度过大，影响铝电解电容器的导电效果；纳米二氧化硅有利于体系中电荷的传导，当纳米二氧化硅含量越多，电解液体系的电导率增加，淌度下降，闪火电压升高，当纳米二氧化硅含量过多时，淌度进一步下降，电解液体系电导率的呈下降趋势，闪火电压的增加量也较少。
17.优选的，所述粘度调节剂为二甘醇与γ-丁内酯中的一种或几种；所述抗水合剂为次亚磷酸铵与磷酸二丁酯中的一种或几种；所述溶质为葵二酸铵与十二双酸铵中的一种或
几种；所述消氢剂为对硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸与间苯二酚中的一种或几种。
18.通过采用上述技术方案，电解液的粘度对电解液的闪火电压有很大影响，电解液的粘度越大，电解液的闪火电压就越大，在铝电解电容器使用过程中，电解液粘度过小，会出现下部聚集，上部电解液不足，使电容器的性能恶化，粘度过大，则会影响浸渍性，使电阻率增大，铝电解电容器的损耗上升，γ-丁内酯黏度较小，易溶于乙二醇中，当体系粘度较大时可以降低电解液体系的粘度，二甘醇为一种粘稠液体，并且与乙二醇相似相容，可以增加电解液体系的粘度，并且可以吸附电解液体系中的水分子，进一步提高电解液体系的闪火电压。
19.电解液中的水在高温下能与铝电解电容器发生水解反应，使铝电解电容器发生腐蚀，从而降低铝电解电容器的比容，使铝电解电容器失效，次亚磷酸铵与磷酸二丁酯还原性较强，磷酸根与铝离子生成磷酸铝附着在铝电解电容器上，减少水合反应的进一步生成，修补铝电解电容器，减少漏电流，磷酸二丁酯的黏度较高，可提高电解液体系中的粘度，进一步提高电解液的闪火电压，从而提高铝电解电容器的使用寿命。
20.葵二酸铵与十二双酸铵电解度高、化学性质稳定，减少电解液出现变质的现象，并且腐蚀性小，减少对铝电解电容器的破坏，提高了电解液的电导率、闪火电压以及稳定性，进而提高铝电解电容器的稳定性。
21.在电流存在的条件下，电解液易产生大量氢气，导致铝电解电容器的内压上升，进一步导致铝电解电容器失效，硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸与间苯二酚可消除电解液体系中释放的氢气，降低铝电解电容器的内部压力，进而提高铝电解电容器的使用寿命。
22.第二方面，本技术提供一种高压铝电解电容器用电解液的制备方法，采用如下的技术方案：一种高压铝电解电容器用电解液的制备方法，包括以下步骤：s1、将乙二醇以及溶质混合，搅拌均匀，升温至40-80℃，得到第一混合物；s2、将抗水合剂、消氢剂、粘度调节剂、以及改性聚乙二醇丁二酸酯加入所述第一混合物中，升温至110-120℃，再保温60-90min，得到高压铝电解电容器用电解液。
23.通过采用上述技术方案，先将乙二醇与溶质混合得到第一混合物，再将抗水合剂、消氢剂、粘度调节剂以及改性聚乙二醇丁二酸酯加入第一混合物中进行混合，便于电解液体系混合的更加均匀，从而提高铝电解电容器的使用寿命。
24.第三方面，本技术提供一种高压用铝电解电容器，采用如下的技术方案：一种高压用铝电解电容器，包括顶端开口的壳体、设置于所述壳体内的芯子以及权利要求1-7中任一项所述的一种高压铝电解电容器用电解液，所述电解液吸附在所述芯子中，所述芯子由依次层叠的阳极箔、电解纸、阴极箔以及电解纸卷绕而成，所述电解纸上浸有电解液，所述壳体顶部设置有密封件，所述壳体内设置有贯穿所述密封件的正极引线以及负极引线，所述正极引线与所述阳极箔固定连接，所述负极引线与所述阴极箔固定连接。
25.通过采用上述技术方案，制得的高压用铝电解电容器在工作时具有耐高压、电导率高以及寿命长的优点。
26.第四方面，本技术提供一种高压用铝电解电容器的制备方法，采用如下的技术方案：一种高压用铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
s3、卷绕：将电解纸浸入所述高压铝电解电容器用电解液中，然后依次将阳极箔、电解纸、阴极箔以及电解纸缠绕在一起，得到芯子；s4、浸渍：将所述芯子浸入所述高压铝电解电容器用电解液中；s5、将含浸处理后的芯子装入所述壳体内，将所述正极引线与所述阳极箔固定连接，将所述阴极引线与所述阴极箔固定连接，将所述阳极引线与所述阴极引线由所述壳体内贯穿所述密封件，接着用所述密封件对所述壳体进行密封，形成铝电解电容器。
27.通过采用上述技术方案，对电解纸进行浸渍后再对芯子进行浸渍缩短了浸渍时间，提高了铝电解电容器的制备效率并且容易操作。
28.综上所述，本技术具有以下有益效果：1.溶质可以与乙二醇配合，提高电解液的电导率与闪火电压，抗水合剂可抑制电解液体系中发生水合作用，修补介质膜，减少漏电流的生成，消氢剂能减少电解液体系中氢离子的浓度，减少铝电解电容器中内压上升导致电容器失效的现象发生；粘度调节剂可以调节电解液体系的粘度，进一步调整电解液体系的闪火电压；改性聚乙二醇丁二酸酯可提高电解液的电导率、闪火电压以及热稳定性，并且能中提高电解液体系中各原料的分散性，从而提高铝电解电容器的使用寿命。
29.2.改性聚乙二醇丁二酸酯是末端为羧基的长链大分子聚合物，相对分子质量较大，两端羧基的距离增长，使得羧基进入阳极氧化膜的能力减弱，减少对阳极氧化膜的破坏，此外，改性聚乙二醇丁二酸酯能电离出带负电的羧酸根离子，能增加阳极箔表面的羧酸根离子浓度，从而增加电解液的电导率；3.纳米二氧化硅颗粒细小，比表面积大，能够提高电解液体系中各原料的分散性，并且纳米二氧化硅的吸附能力强，降低离子的活度以及载流子淌度，改性聚乙二醇丁二酸酯能够负载在纳米二氧化硅上，使改性聚乙二醇丁二酸酯更好的附着在铝电解电容器上，可以减少铝电解电容器的腐蚀并且能够使电解液在提高闪火电压的同时提高电解液的电导率，进而提高铝电解电容器的使用寿命；4.改性聚乙二醇丁二酸酯不通高纯氨气之前的ph为4，通入高纯氨气调节改性聚乙二醇丁二酸酯的ph，闪火电压随着改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值的增大而降低，电导率对改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值增大而升高，当闪火电压降低幅度较小时，电导率的升高幅度较大。
附图说明
30.图1是本技术实施例铝电解电容器的整体结构示意图。
31.图2是本技术实施例铝电解电容器中的芯子的结构示意图。
32.附图标记说明：1、壳体；11、密封件；2、芯子；21、阳极箔；22、阴极箔；23、电解纸；3、正极引线；4、负极引线。
具体实施方式
33.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
34.本技术所涉及到的原料信息见表1。
实施例
35.本发明的实施例1-5中各原料的配比情况见表2。
36.表2实施例1-5高压铝电解电容器用电解液
实施例1-2一种高压铝电解电容器用电解液，各组分及其相应的重量如表2所示，并通过如下方法制备：s1、将乙二醇以及溶质混合，搅拌均匀，升温至40℃，得到第一混合物；s2、将抗水合剂、消氢剂、粘度调节剂、以及改性聚乙二醇丁二酸酯加入第一混合物中，升温至110℃，再保温60min，得到高压铝电解电容器用电解液。
37.改性聚乙二醇丁二酸酯的原料及其相应的用量如表2，其制备方法如下：s11、将聚乙二醇以及丁二酸酯加入双口烧瓶中，给双口烧瓶上安装酯水分离器以及温度计，加热至120℃，使丁二酸完全熔融后，将双口烧瓶抽真空至25kpa，并持续升温至180℃，得到第一混合物；s12、向第一混合物中加入甲苯，恒温交搅拌反应6h后回收甲苯，得到聚乙二醇丁二酸酯；s13、将纳米二氧化硅加入聚乙二醇丁二酸酯中，混合均匀，得到改性聚乙二醇丁二酸酯；s14、将高纯氨气通入改性聚乙二醇丁二酸酯中调节改性聚乙二醇丁二酸酯的ph为5。
38.实施例3-5一种高压铝电解电容器用电解液，各组分及其相应的重量如表2所示，并通过如下方法制备：s1、将乙二醇以及溶质混合，搅拌均匀，升温至70℃，得到第一混合物；s2、将抗水合剂、消氢剂、粘度调节剂、以及改性聚乙二醇丁二酸酯加入第一混合物中，升温至120℃，再保温80min，得到高压铝电解电容器用电解液。
39.改性聚乙二醇丁二酸酯的原料及其相应的用量如表2，其制备方法如下：s11、将聚乙二醇以及丁二酸酯加入双口烧瓶中，给双口烧瓶上安装酯水分离器以及温度计，加热至120℃，使丁二酸完全熔融后，将双口烧瓶抽真空至25kpa，并持续升温至180℃，得到第一混合物；s12、向第一混合物中加入甲苯，恒温交搅拌反应6h后回收甲苯，得到聚乙二醇丁二酸酯；s13、将纳米二氧化硅加入聚乙二醇丁二酸酯中，混合均匀，得到改性聚乙二醇丁二酸酯；s14、将高纯氨气通入改性聚乙二醇丁二酸酯中调节改性聚乙二醇丁二酸酯的ph为6。
40.实施例6一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，二甘醇的重量为5g。
41.实施例7一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，二甘醇的重量为10g。
42.实施例8一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，纳米二氧化硅的重量为1g。
43.实施例9一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，纳米二氧化硅的重
量为4g。
44.实施例10一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，聚乙二醇的质量为14g。
45.实施例11一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，聚乙二醇的质量为3g。
46.实施例12一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，丁二酸的质量为15g。
47.实施例13一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，丁二酸的质量为3g。
48.实施例14一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值为5。
49.实施例15一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例5的不同之处在于，改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值为6.5。
50.对比例对比例1一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例1的不同之处在于，没有加入二甘醇。
51.对比例2一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例1的不同之处在于，没有加入纳米二氧化硅。
52.对比例3一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例1的不同之处在于，没有加入改性聚乙二醇丁二酸酯。
53.对比例4一种高压铝电解电容器用电解液，与实施例1的不同之处在于，没有调节改性聚乙二醇丁二酸酯的ph，改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值为4。
54.应用例本技术还公开了一种高压用铝电解电容器。
55.参照图1和图2，高压用铝电解电容器包括顶端开口的壳体1、设置于壳体1内的芯子2以及吸附在芯子2中的电解液，芯子2由依次层叠的阳极箔21、电解纸23、阴极箔22以及电解纸23卷绕而成，电解纸23上浸有电解液，壳体1顶部设置有密封件11，壳体1内设置有贯穿密封件11的正极引线3以及负极引线4，正极引线3与阳极箔24固定连接，负极引线4与阴极箔22固定连接，电解液为高压铝电解电容器用电解液。
56.其中，阳极箔的制备方法包括：
s3、将铝光箔放入70℃，0.25mol/l的磷酸溶液中进行预处理，浸泡1min后用蒸馏水对铝光箔进行3次洗涤；s4、将预处理后的铝光箔放入3.6mol/l的h2so4与0.8mol/l的hcl的混合体系中，经0.4a/cm2恒电流加载1min后，得到腐蚀箔；s3、将腐蚀箔放入70℃，0.2mol/l的h3no3溶液中，浸泡2min后用蒸馏水对腐蚀箔进行3次洗涤并烘干，得到阳极箔。
57.一种高压铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：s5、卷绕：将电解纸浸入高压铝电解电容器用电解液中，然后依次将阳极箔、电解纸、阴极箔以及电解纸缠绕在一起，得到芯子；s6、浸渍：将芯子浸入高压铝电解电容器用电解液中；s7、将含浸处理后的芯子装入壳体内，将正极引线与阳极箔固定连接，将阴极引线与阴极箔固定连接，将阳极引线与阴极引线由壳体内贯穿密封件，接着用密封件对壳体进行密封，形成铝电解电容器。
58.性能检测试验针对本技术实施例1-15和对比例1-4提供的电解液，进行如下的性能检测：电导率测试：分别取20ml实施例1-15和对比例1-4制备的电解液烧杯中，根据nb/t 42006-2013《全钒液流电池用电解液测试方法》，将装有待测液的烧杯置于25℃的恒温水浴槽中，使其达到恒温，用电导仪来测量工作待测液的电导率，每个实施例和对比例测量三次，测量结果取电导仪3次读数的平均值。
59.粘度测试：分别取20ml实施例1-15和对比例1-4制备的电解液烧杯中，使用adj型粘度计对电解液的粘度进行测量，每个实施例和对比例测量三次，测量结果取粘度计三次读数的平均值。
60.闪火电压测试：分别将实施例1-15和对比例1-4的制备的电解液含浸芯子，用电泳仪以10ma/cm2的电流密度恒流升压，直到阳极箔出现第一次闪火，或者是电泳仪中电压表或电流表出现较大波动时电压所对应的值即为电解液的闪火电压。
61.具体测试结果见表3。
62.表3性能测试结果项目电导率ms/cm闪火电压/v粘度/cp实施例11.835824.32实施例21.925713.78实施例32.015914.43实施例42.325793.95实施例52.776355.23实施例62.816295.01实施例72.276516.43实施例82.516115.09实施例92.136395.34实施例102.356475.71实施例112.276124.98
实施例122.486415.85实施例132.296155.03实施例142.316415.21实施例152.816295.25对比例11.725734.05对比例21.715754.28对比例31.625513.98对比例41.515964.28通过实施例1-15和对比例1-4的数据对比可以看出，本技术的高压铝电解电容器用电解液通过多种原料相互协同配合、共同作用，最终达到提高电解液的电导率以及闪火电压，并提高铝电解电容器的使用寿命。
63.根据表3中实施例1与对比例1的实验数据对比可知，向电解液体系中加入粘度调节剂可调整电解液体系的粘度，电解液的粘度越大，电解液的闪火电压就越大，在铝电解电容器使用过程中，电解液粘度过小，会出现下部聚集，上部电解液不足，使电容器的性能恶化，导致对比例1的电解液闪火电压降低。
64.根据表3中实施例1与对比例2-3的实验数据对比可知，向改性聚乙二醇丁二酸酯中加入纳米二氧化硅，可提高电解液体系的闪火电压以及电导率，进一步提高铝电解电容器的使用寿命；对比例2的改性聚乙二醇丁二酸酯由于没有加入纳米二氧化硅，电解液体系的分散性下降，淌度升高，电解液体系的电导率以及闪火电压都呈下降趋势，导致对比例2的铝电解电容器的使用寿命减少；实施例1的改性聚乙二醇丁二酸酯由于添加了适量的纳米二氧化硅，所以电解液体系的淌度以及体系的分散性在合适范围内，进而提高了电解液的电导率以及闪火电压，提高了铝电解电容器的使用寿命；改性聚乙二醇丁二酸酯相对分子质量较大，两端羧基的距离增长，使得羧基进入阳极氧化膜的能力减弱，减少对阳极氧化膜的破坏，提高电解液的闪火电压，此外，改性聚乙二醇丁二酸酯能电离出带负电的羧酸根离子，能增加阳极箔表面的羧酸根离子浓度，从而增加电解液的电导率。
65.对比例4中改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值为4，改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值影响电解液的闪火电压以及电导率，闪火电压随着改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值的增大而降低，电导率随改性聚乙二醇丁二酸酯的ph值增大而升高，因此对比例4的电解液的闪火电压虽然增大，但电导率下降，导致铝电解电容器的导电性降低。
66.根据表3中实施例5与实施例6-7的实验数据对比可知，二甘醇可以调节电解液体系的粘度，电解液的粘度越大，电解液的闪火电压就越大，在铝电解电容器使用过程中，电解液粘度越小，会出现下部聚集，上部电解液不足，降低铝电解电容器的电导率以及闪火电压，影响铝电解电容器的使用寿命。
67.根据表3中实施例5与实施例8-9的实验数据对比可知，纳米二氧化硅有利于体系中电荷的传导，当纳米二氧化硅含量越多，电解液体系的电导率增加，淌度下降，闪火电压升高，当纳米二氧化硅含量过多时，淌度进一步下降，电解液体系电导率的呈下降趋势，闪火电压的增加量也较少。
68.根据表3中实施例5与实施例10-13的实验数据对比可知，当丁二酸过量时，可减少电解液对铝电解电容器的腐蚀，提高电解液的闪火电压以及电导率；当聚乙二醇过量时，聚
乙二醇可抑制氧化膜的被腐蚀速率，并且聚乙二醇还可提高电解液粘度，降低电解过程中的例子迁移速度，导致电解电流下降，实现高电位下阳极氧化的过程，提高电解液的闪火电压，避免了在阳极箔发生被击穿的现象，提高了铝电解电容器的使用寿命。
69.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。