CD133型鋁電解電容器工作用電解液的研制

摘 要：隨著各類應(yīng)用產(chǎn)品對于電子產(chǎn)品的要求不斷提高，如何提高電解電容器的工作溫度和使用壽命等成了當(dāng)下研究的熱點。本文主要對CD133型鋁電解電容器的工作電解液進行研究，電容器能夠在105℃溫度下連續(xù)負載穩(wěn)定工作10000小時以上，本文的研究成果有望應(yīng)用于動車貯能電容器上。

關(guān)鍵詞：鋁電解電容器；導(dǎo)電性；電解液

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.008

1 前言

鋁電解電容器是三大被動式電子元器件之一，隨著電子產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，對鋁電解電容器的上限工作溫度、使用壽命的要求不斷提高。所以，耐高溫性能是當(dāng)前鋁電解電容器的主要研究方向之一。鋁電解電容器工作電解液是電容器工作中的實際陰極，對陽極氧化膜具備修復(fù)作用，對電容器的使用溫度范圍、使用壽命、容量、損耗、漏電流等電性能起著決定性作用，本文主要對CD133型鋁電解電容器的工作電解液進行研究，使電容器能夠在105℃工作環(huán)境下，加負載連續(xù)工作10000小時以上，在動車貯能電容器的研究和開發(fā)上實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

2 工作電解液的性能要求

如上所述，電解液作為電容器的實際陰極，是一種特殊電極。因為它除了能像金屬電極一樣起導(dǎo)電作用和形成電場外，還具有供氧、增強陽極氧化膜單向?qū)щ娦缘裙δ堋?/p>

（1）作為電容器的陰極電極，由于它接觸陽極氧化膜，有以下要求：

1）不腐蝕、不水合陽極氧化膜，所以電解液pH值應(yīng)該接近中性溶液的pH值。另外，電解液也不能腐蝕其他電容器組成材料。2）具備金屬的導(dǎo)電性能。因此，配制電解液需要選用電離常數(shù)大的溶質(zhì)和粘度小的溶劑；為了保證電解液導(dǎo)電性能的穩(wěn)定性，電解液的電阻率受溫度變化的影響要降到最低，如此才能保證電解液良好的導(dǎo)電性。3）作為電極，電解液需要長時間保持良好的物性，要求其化學(xué)性能穩(wěn)定，蒸汽壓小，不會逐漸干涸。

（2）為了保證其他特殊功能，電解液還需具備一下特性：

1）供氧速度快，能夠很好的形成氧化膜；2）具備合適的界面電壓，能夠增強陽極氧化膜的單向?qū)щ娦?，提高其閃火電壓。

（3）電解液還需符合相關(guān)環(huán)保標(biāo)準法律法規(guī)，做到無毒無公害。

（4）為了節(jié)約生產(chǎn)成本，配制電解液應(yīng)該選用工藝性能良好的廉價材料。

3 平衡電解液的閃火電壓和電阻率，可以采用以下幾種解決辦法

（1）選用高沸點、低冰點、低蒸汽壓的溶劑；

（2）選用大分子結(jié)構(gòu)、離子導(dǎo)電性能強的化學(xué)物質(zhì)；

（3）添加能夠提高閃火電壓的添加劑；

（4）添加能夠吸附氣體的添加劑等。

4 工作電解液的配置原理

電解液的配制過程需要經(jīng)過蒸煮，所以配制完成的電解液不是原材料的混合物，而是經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)的混合物。

4.1 配制過程

（1）優(yōu)選配方，根據(jù)對工作電解液的要求先選溶劑，再選溶質(zhì)，最后選用合適的添加劑。

（2）確定添加順序，配制過程中各原始成分的添加順序?qū)﹄娊庖旱淖詈蠼M成成分和其電性能有很大的影響。

（3）確定燒煮工藝，燒煮過程中溫度決定化學(xué)變化速度，時間決定化學(xué)變化程度，攪拌決定化學(xué)變化的均勻度。

4.2 溶劑的選擇

溶劑是工作電解液的基礎(chǔ)，主要決定了電容器的使用溫度范圍。對高壓寬溫工作電解液來說，其溶劑一般選擇質(zhì)子性溶劑或偶極非質(zhì)子性溶劑，前者為優(yōu)良的負離子化劑，后者為優(yōu)良的正離子化劑。為了改善電解液的高低溫特性，溶劑通常選用一種或多種質(zhì)子性溶劑和偶極非質(zhì)子性溶劑混合，有利于電介質(zhì)的電離平衡向離子化方向移動，提高電解液的形成能力，還可降低溶劑體系蒸汽壓，提高電解液活性。本研究的溶劑選用乙二醇、丙二醇、二甘醇、丙三醇、苯甲醇、二甘醇丁醚、乙二醇丁醚DMF中的一種或多種。

4.3 溶質(zhì)的選擇

主要選擇方向為含氧弱酸或者其鹽類，還有諸如氨水、有機胺等堿類，堿類含有合適的陽離子，可以調(diào)整電解液的pH值、電阻率和閃火電壓等特性參數(shù)。

4.4 添加劑的選擇

添加劑在電解液中的用量少，但對電解液的性能改善起著十分重要的作用。添加劑有以下幾種不同的主要功能，根據(jù)CD133型電容器的具體特性加以選用：

（1）防止鋁電極和氧化膜受到腐蝕；

（2）改善電解液性能，提高氧化能力，提高閃火電壓，降低電阻率；

（3）防止電解液漏出和逸氣。

5 工作電解液的配方概算

在選用好合適的溶劑溶質(zhì)和添加劑后，要對各原始成分的用量配比進行概算，確定各組成成分的配比范圍，最終配制成功CD133型電解電容器的工作電解液。

電容器作為當(dāng)今使用最為廣泛的電子元器件之一，使用的數(shù)量逐年增長。我國是世界上生產(chǎn)電容器最大的國家之一，所生產(chǎn)的鋁電解電容器約占了總產(chǎn)量的一半。對鋁電解電容器相關(guān)技術(shù)的研究可以有效提升相關(guān)產(chǎn)品的性能，因而具有非常重要的意義。CD133型電解電容器的工作電解液的成功研制可以有效改善電容器的性能，對研究其他電容器及電解液的配置具有一定的參考意義。

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作者簡介：葛紅飛（1971-），女，江蘇南通人，大專，中級，研究方向：電解液研制。