超高壓工作電解液閃火電壓提升機(jī)理及應(yīng)用研究

李焱根，賈 明,,3，艾 燕，艾 亮，李 劼

（1.中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410083；2. 湖南艾華集團(tuán)股份有限公司，湖南 益陽 413000；3. 艾華集團(tuán)博士后科研流動站協(xié)作研發(fā)中心，湖南 益陽 413000）

超高壓工作電解液閃火電壓提升機(jī)理及應(yīng)用研究

李焱根1，賈 明1,2,3，艾 燕2，艾 亮2，李 劼1

（1.中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410083；2. 湖南艾華集團(tuán)股份有限公司，湖南 益陽 413000；3. 艾華集團(tuán)博士后科研流動站協(xié)作研發(fā)中心，湖南 益陽 413000）

電解液是鋁電解電容器的關(guān)鍵組元，其性能特征直接決定了電容器的性能發(fā)揮。本文通過傅里葉紅外光譜(IR)、陽極氧化曲線等研究了電解液電導(dǎo)率和水含量對鋁電解電容器用羧酸銨鹽體系電解液性能的影響，并探討了相關(guān)作用機(jī)理。研究結(jié)果表明：電解液電導(dǎo)率是影響閃火電壓大小的重要因素，閃火電壓隨電導(dǎo)率的降低呈非線性增加，電導(dǎo)率降低到(500～700)×10–6S/cm時，閃火電壓可高達(dá)650 V以上；水含量僅影響電解液的氧化效率，水含量越高，其氧化效率越高。通過將電導(dǎo)率調(diào)控至668×10–6S/cm，水含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）調(diào)控至3.62%，開發(fā)了適用于600 V超高壓鋁電解電容器的電解液，且電容器85 ℃壽命長達(dá)3000 h。

電解液；閃火電壓；電導(dǎo)率；水含量；超高壓；電容器

近年來，隨著新能源汽車與新能源等戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，作為混合動力及電動汽車的電源控制系統(tǒng)、太陽能與風(fēng)能發(fā)電電源管理系統(tǒng)、電源逆變及直流交流切換系統(tǒng)等配套用基礎(chǔ)電子元器件，鋁電解電容器也同樣迎來了諸多發(fā)展機(jī)遇，特別是耐高壓、大容量鋁電解電容器[1-5]。但由于國內(nèi)技術(shù)水平與國外存在明顯差距，國內(nèi)鋁電解電容器產(chǎn)品仍以中低檔為主，高端市場的占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日韓等國家。目前日本已推出750 V的超高壓鋁電解電容器產(chǎn)品，而國內(nèi)在600 V以上的超高壓產(chǎn)品尚未實(shí)現(xiàn)市場化。作為鋁電解電容器的實(shí)際陰極，工作電解液直接決定電容器的壽命、漏電流、損耗及工作溫度范圍[6-8]，其閃火電壓的提高是實(shí)現(xiàn)鋁電解電容器超高壓化的關(guān)鍵技術(shù)。目前，提高電解液閃火電壓的方法主要包括長鏈羧酸鹽、有機(jī)高聚物以及無機(jī)表面活性劑等添加劑的使用。楊朝邦等[9]以癸二酸銨為溶質(zhì)研發(fā)出適用于450 V高壓鋁電解電容器的電解液。酆趙龍等[10]研究了聚乙二醇丁二酸酯（PEGS）在電解液中的作用，研究發(fā)現(xiàn)在電解液中添加PEGS時，閃火電壓能提高45 V。張曉松等[11]研究了EG-BPE，DEG-BPE，PEG200-BPE和PEG400-BPE等 4種硼酸聚酯對電解液性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)在電解液中添加 EG-BPE時，閃火電壓可提高37.8 V。這些研究工作在提高閃火電壓方面取得了一定的成果，但其研究方向只是在已有工藝配方的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并未實(shí)現(xiàn)閃火電壓突破性的提升，存在一定的局限性。目前，國內(nèi)適用于 600 V超高壓鋁電解電容器產(chǎn)品的工作電解液尚未成熟，超高壓電解液的研究有待進(jìn)一步完善和發(fā)展。

閃火現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是陽極氧化鋁膜絕緣性遭到破壞，陽極氧化鋁膜被逐漸擊穿的過程，因此研究陽極氧化鋁膜在電解液中的擊穿和閃火機(jī)理對提高工作電解液的閃火電壓更具有實(shí)際意義。本文作者主要針對鋁陽極氧化鋁膜的擊穿機(jī)理以及影響擊穿的因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率及水含量對電解液的閃火過程影響較大，并通過對電導(dǎo)率和水含量進(jìn)行調(diào)控，研發(fā)出了適用于超高壓鋁電解電容器的電解液。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 電解液的組成及制備

實(shí)驗(yàn)采用的電解液是乙二醇中加入癸二酸銨的非水系有機(jī)溶液，還有少量的添加劑，各成分含量見表1。

電解液制備時發(fā)生的反應(yīng)很復(fù)雜，包括酸銨的分解、酯化、水解等，因此制備工藝對電解液性能影響較大[12]。本研究采用的制備工藝如下：

表1 電解液組成Tab.1 The content of electrolyte component

（1）將溶劑加熱到60 ℃時，加入50%癸二酸銨和甘露醇；

（2）繼續(xù)升溫至120 ℃時，加入硼酸，繼續(xù)加熱使之溶解（不超過160 ℃）；

（3）降溫至120 ℃，加入50%癸二酸銨和其他添加劑，并保溫30 min；

（4）冷卻至100 ℃，加入對硝基苯甲酸和次亞磷酸銨溶解，再自然冷卻至室溫。

通過改變電解液中癸二酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來調(diào)控電導(dǎo)率，分別配置癸二酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，8%和9%的工作電解液作為測試電解液，以研究電導(dǎo)率對閃火電壓的影響。同樣方法配制上述電解液，加入若干的去離子水，將電解液的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)均調(diào)控至(3.9±0.1)%，以研究水含量對電解液閃火電壓的影響。

1.2 工作電解液性能測試

采用DDS-307電導(dǎo)率測試儀（上海精密科學(xué)儀器廠）測定工作電解液 30 ℃下的電導(dǎo)率；采用TV-1000B型陽極箔TV特性測試儀（南通騰顥電子有限公司）測定工作電解液30 ℃下的閃火電壓，測定電流密度為0.01 A/cm2，高純鋁箔為陰極箔，800 V化成箔為陽極箔；采用卡爾費(fèi)休水分滴定儀SFY-3000（溜博博山海分儀器廠）測定工作電解液的水含量；采用Nicolet iS5傅立葉變換紅外光譜儀（美國Thermo scientific公司）對工作電解液的能團(tuán)進(jìn)行表征分析。

1.3 電容器耐久性測試

用配制的電解液和相應(yīng)規(guī)格的電容器芯包制成鋁電解電容器，經(jīng) 85 ℃老化并測試初始性能參數(shù)（包括電容C、損耗角正切tanδ、漏電流ILc）后，將樣品放入 85 ℃高溫試驗(yàn)箱中，施加額定工作電壓，每隔500 h取出，經(jīng)室溫放置16 h后再測量性能參數(shù)。采用HG2817ELCR數(shù)字電橋（常州市匯高電子有限公司）測試電容器的C和tanδ；采用ZX6592漏電流測試儀（常州市致新精密電子有限公司）測試電容器的漏電流ILc，采用微焦點(diǎn)X射線透視檢查裝置SMX-1000 Plus（日本島津分析檢測儀器）對電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

2 結(jié)果與討論

2.1 電導(dǎo)率對閃火電壓的影響

圖1所示為工作電解液的閃火電壓及水含量隨電導(dǎo)率的變化曲線，可以看出，閃火電壓隨電導(dǎo)率的降低而增加，呈現(xiàn)出非線性變化的趨勢。當(dāng)溶液電導(dǎo)率高于700×10–6S/cm時，閃火電壓隨電導(dǎo)率的降低緩慢增加，電導(dǎo)率從 1800×10–6S/cm 降低到700×10–6S/cm時，閃火電壓從535 V增加到575 V，僅增加40 V；當(dāng)溶液電導(dǎo)率低于700×10–6S/cm時，閃火電壓隨電導(dǎo)率的降低急劇增加，電導(dǎo)率從700×10–6S/cm降低到300×10–6S/cm時，閃火電壓從575 V增加到700 V，其增幅達(dá)125 V。閃火電壓隨電導(dǎo)率的變化呈現(xiàn)出上述趨勢，與陽極氧化鋁膜的擊穿和電解液閃火的過程及機(jī)理密切相關(guān)。

圖1 閃火電壓及水含量隨電導(dǎo)率的變化曲線Fig.1 Variation curves of sparking voltage and water content with the change in conductivity

工作電解液的作用機(jī)理是通過陽極極化過程在陽極鋁箔上生成Al2O3介質(zhì)膜。其陽極反應(yīng)如下[13]：

式中：Rn–為電解液中電解質(zhì)n價的含氧酸根負(fù)離子。如果沒有電解質(zhì)電離或H2O分子濃度過低，氧化鋁膜就無法生長。在恒電流條件下，氧化膜厚度隨形成時間線性增長[14]；當(dāng)形成電壓超過某一電壓時，有微閃火發(fā)生，且隨極化電壓的升高，微閃火幅度、頻率增大。到達(dá)最高電壓附近有肉眼可見的火花發(fā)生，這一現(xiàn)象稱為閃火現(xiàn)象，此時，電壓產(chǎn)生“震蕩”不再上升，這一電壓即閃火電壓。

閃火現(xiàn)象實(shí)質(zhì)是一種介質(zhì)氧化鋁膜絕緣性遭到破壞、介質(zhì)氧化鋁膜被逐漸擊穿的過程。在鋁的陽極氧化過程中，介質(zhì)膜的絕緣擊穿表現(xiàn)為膜內(nèi)的電子雪崩擊穿。電子電流在膜內(nèi)裂紋及各種缺陷裂紋處集中產(chǎn)生雪崩，雪崩又在局部造成高溫，使晶體熔化變形產(chǎn)生新缺陷。膜厚增加后電子碰撞概率增加，微閃火頻率升高。電子雪崩達(dá)到一定程度則氧化鋁膜停止生長，外在表現(xiàn)是形成電壓產(chǎn)生“震蕩”，直到介質(zhì)膜完全擊穿[15-18]。

介質(zhì)膜內(nèi)的電子電流主要由電解液/氧化鋁膜界面區(qū)域的電子發(fā)射決定。在化成初期，形成電流基本是離子電流，載流子為O2–和Al3+。隨著化成電壓升高，液/膜界面會積累O2–，若局部區(qū)域濃度較大，達(dá)到氧的釋放電位時，則會產(chǎn)生電子發(fā)射，并釋放出氧氣，見反應(yīng)（3）。此現(xiàn)象在陽極表面可用肉眼觀察到[19]。

若Rn–濃度較大或有負(fù)極去極化作用使式（1）反應(yīng)加快，都會使中間產(chǎn)物O2–濃度增加，進(jìn)入氧化膜中的氧離子數(shù)將會增加，同時，氧離子被激發(fā)形成的電子電流也較大，導(dǎo)致氧化膜閃火的臨界厚度減小，閃火電壓較低；反之，則氧化效率降低，閃火電壓提高。

圖2 不同溶質(zhì)含量工作電解液的紅外圖譜Fig.2 The IR spectra of electrolyte with different solute contents

由工作電解液的閃火機(jī)理和反應(yīng)（2）、（3）可知，電解液中O2–濃度是影響閃火電壓大小的重要因素之一。同時，由反應(yīng)（1）可知，O2–濃度是由電解液中Rn–濃度以及H2O含量決定的。圖2為癸二酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7%，5%和2%的工作電解液的紅外圖譜。從圖 2可以看出，羧酸銨鹽電離出的C O鍵和N—H鍵的紅外透過率是隨著癸二酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低而增加的，降低癸二酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的目的是為了降低電解液的電導(dǎo)率，即電解液中羧酸根離子Rn–的濃度隨電導(dǎo)率的降低而降低。電解液中的H2O主要是由癸二酸銨與溶劑乙二醇發(fā)生聚合反應(yīng)而生成，癸二酸銨含量降低后，生成的H2O也隨之減少，如圖1所示。綜上所述，電導(dǎo)率降低，工作電解液中Rn–和H2O分子含量同時降低，兩者的綜合作用會導(dǎo)致反應(yīng)（1）向左進(jìn)行，O2–含量減少，等電壓下陽極箔缺陷處累積的O2–也隨之減少，如圖3所示，陽極箔累積O2–發(fā)生電子雪崩擊穿所需電壓也隨之增加。因此，工作電解液的閃火電壓會隨電導(dǎo)率的降低而升高。

圖3 陽極箔表面吸附示意圖Fig.3 Schematic diagram of surface adsorption of anode foil

當(dāng)溶液電導(dǎo)率高于700×10–6S/cm時，工作電解液中Rn–和H2O分子含量高，等電壓下反應(yīng)（1）產(chǎn)生的O2–多，使得陽極箔缺陷處累積的O2–濃度接近或高于電子雪崩所需的濃度，如圖 3(a)所示，H2O分子或Rn–的變動對陽極箔上O2–濃度的變化影響較小，工作電解液的閃火電壓隨電導(dǎo)率變化而變化的趨勢較緩慢。當(dāng)溶液電導(dǎo)率低于700×10–6S/cm時，工作電解液中Rn–和H2O分子含量極低，等電壓下反應(yīng)（1）產(chǎn)生的O2–也極少，并不足以覆蓋陽極箔缺陷位置，如圖 3(c)所示，陽極箔缺陷處累積 O2–發(fā)生電子雪崩擊穿所需要的電壓也就更高；同時，H2O分子或Rn–的變化對陽極箔上O2–濃度的變化影響較大，使得閃火電壓隨電導(dǎo)率的變化趨勢也就更陡。因此，當(dāng)電解液電導(dǎo)率高于700×10–6S/cm時，閃火電壓隨電導(dǎo)率的降低而緩慢增加；當(dāng)溶液電導(dǎo)率低于700×10–6S/cm時，閃火電壓隨電導(dǎo)率的降低而急劇增加。

2.2 水含量對電解液性能的影響

由于電導(dǎo)率對閃火電壓影響如此明顯，特別是在電導(dǎo)率較低的情況下。同時，考慮到在調(diào)整電導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)中，電解液的水含量也產(chǎn)生較大的變化，從反應(yīng)（1）可知，水含量也是影響電解液中O2–濃度的重要因素之一，即水含量是影響電解液閃火電壓的重要因素。因此，為了消除調(diào)控電導(dǎo)率過程中因水含量的變化而對電解液閃火現(xiàn)象產(chǎn)生的影響，作者又進(jìn)一步將上述電解液的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)至(3.9±0.1)%后，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

電解液水含量調(diào)控前后電導(dǎo)率的變化情況如圖4(a)所示。在電解液含水量較低的情況下（相對低壓電解液來說，低壓電解液水質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般高于20%），向電解液中加入少量的水后，電導(dǎo)率有微量增幅，其增幅為(30～50)×10–6S/cm。各電解液水含量調(diào)整前后其紅外圖譜如圖5所示，羧酸銨鹽電離出的C O鍵和N—H鍵的紅外透過率并沒有隨著水的加入而降低，即電解液中含氧羧酸鹽的電離程度不因水的加入而發(fā)生變化。可見，盡管水是一種溶劑化作用非常強(qiáng)的物質(zhì)[20]，但在水含量較低的電解液中加入少量水，對促進(jìn)氧酸根鹽電離的作用不大。即微量水的加入并不改變電解液中離子的濃度，而電導(dǎo)率的微量增加可能是由于水的加入降低了電解液的黏度，電解液中可自由移動離子的移動阻力下降，離子的遷移速率加快，離子淌度提高，電導(dǎo)率增加[21-22]。

圖4 電解液水含量調(diào)整前后的電參數(shù)曲線Fig.4 Variation curves of electrical parameters before and after adjustment of electrolyte water content

圖5 各電解液水含量調(diào)整前后紅外圖譜Fig.5 The IR spectra of electrolyte before and after the regulation of water content

各電解液水含量調(diào)控前后閃火電壓及陽極氧化效率的變化曲線分別如圖4(b)、圖6所示。在水含量較低的非水有機(jī)電解液加入水后，電解液的閃火電壓基本不發(fā)生變化，而陽極氧化效率有明顯提高，并且電解液水含量越低，氧化效率提高越高。當(dāng)含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%癸二酸銨的電解液水質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2.19%增加至3.9%后，到達(dá)最初閃火點(diǎn)的時間從15 s縮減至10 s，見圖6(a)；當(dāng)含質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%癸二酸銨的電解液水質(zhì)量分?jǐn)?shù)從 1%增加至 3.9%后，到達(dá)最初閃火點(diǎn)的時間從225 s縮減至25 s，見圖6(b)。高的氧化效率使得電解液具有更快的修補(bǔ)氧化膜的能力，有利于提高電容器的老練效率。氧化效率提高可能是因?yàn)殡娊庖褐?O2–濃度是決定陽極箔缺陷處累積O2–的速度的重要因素之一，而 O2–濃度是由電解液中Rn–濃度以及H2O含量決定的，增加電解液中的水，反應(yīng)（1）向右進(jìn)行，O2–濃度增加，相同時間內(nèi)陽極箔缺陷處累積到的 O2–濃度增加，O2–累積發(fā)生電子雪崩擊穿所需要的時間也就減少。同時，向電解液中加入水后，電解液的氧化效率提高，而閃火電壓并不發(fā)生變化。這表明生成決定閃火電壓大小的陽極鋁氧化膜膜厚是相同的，說明電解液中O2–的總生成量由Rn–的濃度決定，電解液中的H2O過量，少量的H2O就能滿足鋁陽極箔表明形成所需要的氧。

圖6 各電解液水含量調(diào)控前后的陽極氧化曲線Fig.6 The anodic oxidation curves of the electrolytes before and after the regulation of water content

根據(jù)上述對電導(dǎo)率及水含量調(diào)控下閃火電壓的對比結(jié)果可知，電解液的閃火電壓與電導(dǎo)率有關(guān)，而且也驗(yàn)證了Rn–和H2O在無水有機(jī)電解液中的作用：Rn–濃度決定了鋁陽極氧化膜的膜厚，是影響閃火電壓的重要因素之一；H2O起提供O2–作用，其濃度大小主要影響電解液的氧化效率。這一發(fā)現(xiàn)是對鋁在有機(jī)電解質(zhì)中的氧化鋁膜擊穿理論的有益補(bǔ)充，對開發(fā)超高壓鋁電解電容器、提高電容器質(zhì)量有很重要的意義。

2.3 電解液的應(yīng)用研究

根據(jù)前面的研究結(jié)果可知，600 V超高壓鋁電解電容器工作電解液的電導(dǎo)率控制在(500～700)×10–6S/cm范圍內(nèi)較為適宜。作者通過調(diào)整癸二酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)及水的加入量等方法，將實(shí)驗(yàn)所用電解液的電導(dǎo)率調(diào)控至668×10–6S/cm，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)控至3.62%后，制備了閃火電壓大于650 V的具有高氧化效率的電解液。為了證明所研發(fā)的超高壓電解液能夠應(yīng)用于超高壓鋁電解電容器中，作者進(jìn)一步將上述電解液應(yīng)用于規(guī)格為 600 V 10 μF，尺寸為φ12.5 mm×25 mm的電容器中，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

電容器樣品經(jīng)85 ℃ 640 V老練后的電參數(shù)（取10個樣品的平均值，下同）、鋁梗腐蝕、外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖分別如表2、圖7、圖8所示?？梢钥闯觯?jīng)85 ℃ 640 V老練后，該電容器外觀正常，沒有出現(xiàn)鼓包、開閥等現(xiàn)象，如圖 8(a)所示。電容器內(nèi)部也沒有出現(xiàn)鋁梗腐蝕（如圖7所示）現(xiàn)象。電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)完好，如圖8(b)所示。電容器的電參數(shù)優(yōu)良，滿足600 V超高壓鋁電解電容器的使用要求，其中，損耗角正切tanδ僅為8.286%，漏電流ILc為42.36 μA，離標(biāo)準(zhǔn)要求還有很大的余量（表2）。說明所制備的電解液能夠很好適應(yīng)600 V超高壓電容器的老練工藝，老練良品率高，且電容器的性能優(yōu)良。

表2 電容器經(jīng)85 ℃640 V老練后的電參數(shù)Tab.2 The electrical parameters of capacitor after aging at 85 ℃, 640 V

圖7 電容器鋁梗腐蝕結(jié)構(gòu)圖Fig.7 The corrosion structure of aluminum stalk of capacitor

圖8 電容器經(jīng)85 ℃640 V老練后的外觀(a)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b)Fig.8 The appearance (a) and internal structure (b) of the capacitor after aging at 85 ℃, 640 V

表3、圖9所示分別為電容器樣品經(jīng)85 ℃壽命試驗(yàn)3000 h后的電參數(shù)、外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖?？梢钥闯?，經(jīng)85 ℃壽命試驗(yàn)3000 h后，該電容器外觀正常，沒有出現(xiàn)鼓包、漏液等現(xiàn)象，如圖9(a)所示，電容器內(nèi)部也沒有出現(xiàn)鋁梗腐蝕現(xiàn)象，如圖 9(b)所示；電容器的電參數(shù)優(yōu)良，其中，容量變化ΔC為–0.6%，損耗角正切 tanδ從 8.286×10–2增加至8.611×10–2，僅增加0.325%，漏電流ILc從42.36 μA降低至 3.20 μA，表明該電容器經(jīng) 85 ℃壽命試驗(yàn)3000 h后，其電參數(shù)仍滿足600 V超高壓鋁電解電容器的使用要求，且其85 ℃壽命遠(yuǎn)大于3000 h，這說明所制備的電解液具有良好的耐久性。

表3 電容器經(jīng)85 ℃壽命試驗(yàn)3000 h后的電參數(shù)Tab.3 The electrical parameters of the capacitor after life tested 3000 h at 85 ℃

圖9 電容器經(jīng)85 ℃ 3000 h老練后的外觀(a)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b)Fig.9 The appearance (a) and internal structure (b) of the capacitor after aging at 85 ℃, 3000 h

綜上所述，所研發(fā)制備的電解液能夠很好地應(yīng)用于600 V超高壓鋁電解電容器中，電容器的電參數(shù)優(yōu)良，其85 ℃壽命大于3000 h。

3 結(jié)論

（1）通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電導(dǎo)率是影響電解液閃火電壓的重要因素，閃火電壓隨電導(dǎo)率的降低呈非線性增加。當(dāng)電導(dǎo)率從 1800×10–6S/cm 降低到700×10–6S/cm時，閃火電壓從535 V增加到575 V，閃火電壓隨電導(dǎo)率降低而緩慢增加；電導(dǎo)率從700×10–6S/cm降低到300×10–6S/cm時，閃火電壓從575 V增加到700 V，閃火電壓隨電導(dǎo)率降低而急劇增加。

（2）電解液中的H2O起提供O2–作用，少量的H2O就能滿足鋁陽極箔表明形成所需要的氧，水含量主要影響電解液的氧化效率，水含量越高，電解液的氧化效率越高。

（3）將電解液的電導(dǎo)率調(diào)控至668×10–6S/cm，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)控至 3.62%時，制備了閃火電壓大于650 V的具有高氧化效率的超高壓電解液，并且能很好應(yīng)用于600 V鋁電解電容器中，且電容器電參數(shù)優(yōu)良，其85 ℃壽命大于3000 h。

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Enhancing mechanism of sparking voltage in ultra-high voltage working electrolyte and its application

LI Yangen1, JIA Ming1,2,3, AI Yan2, AI Liang2, LI Jie1
(1. School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha 410083, China; 2. Hunan Aihua Group
Co., Ltd, Yiyang 413000, Hunan Province, China; 3. Postdoctoral Scientific Research Cooperative R&D Center of Aihua Group, Yiyang 413000, Hunan Province, China)

Electrolyte is a key component of aluminum electrolytic capacitors, its performance characteristics directly determine the performance of the capacitor. The effect of electrolyte conductivity and water content on the performance of the electrolytic solution of carboxyl ammonium salt system for aluminum electrolytic capacitors was studied by Fourier transform infrared spectroscopy (IR), anodic oxidation curve and so on, and the related mechanism was discussed. The results show that the conductivity of the electrolyte is an important factor affecting the sparking voltage, and the sparking voltage increases nonlinearly with the decrease in conductivity. When the conductivity is reduced to (500～700)×10–6S/cm, the sparking voltage can be as high as 650 V or more. The water content in the electrolyte only affects the oxidation efficiency of the electrolyte. The higher the water content, the higher the oxidation efficiency of the electrolyte. The electrolyte for 600 V ultra-high voltage aluminum electrolytic capacitor is developed by adjusting the conductivity to 668×10–6S/cm and controlling the water content (mass fraction) to 3.62%. The life of the capacitor that using the electrolyte can be up to 3000 h at 85 ℃.

electrolyte; spark voltage; conductivity; water content; ultra-high voltage; capacitor

10.14106/j.cnki.1001-2028.2018.01.006

TM53

A

1001-2028（2018）01-0028-07

工信部工業(yè)轉(zhuǎn)型升級強(qiáng)基工程專項(xiàng)資助(0714-EMTC02-5271)；湖南省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2015GK1045)

2017-10-23

賈明

賈明（1981－），男，湖南益陽人，副教授，博士，研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)器件及鋰離子電池仿真；

李焱根（1991－），男，廣東清遠(yuǎn)人，研究生，研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)器件。

曾革）