高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法

印險峰　李建峰

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋁電解電容的生產(chǎn)及應(yīng)用日趨成熟，市場需求旺盛。鋁電解電容在傳統(tǒng)消費(fèi)電子領(lǐng)域穩(wěn)步增長的同時，其應(yīng)用領(lǐng)域隨著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與技術(shù)進(jìn)步，在新能源、醫(yī)療、汽車電子、軍工等諸多新興領(lǐng)域得以拓展，由于它是鋁材料制成，而鋁的精度難以控制且溫度穩(wěn)定性不高，對此在生產(chǎn)過程中，應(yīng)加大對此生產(chǎn)方法的控制，在鋁電解電容器的發(fā)展過程中，技術(shù)進(jìn)一步創(chuàng)新，高水系引線式鋁電解電容器進(jìn)入了人們的視線，但是存在一些技術(shù)局限，對此本文將針對此進(jìn)行闡述，從鋁電解電容器的有關(guān)闡述入手，分析鋁電解電容器的技術(shù)優(yōu)勢以及高水系引線式鋁電解電容的技術(shù)優(yōu)勢，以此來分析高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法，進(jìn)行特殊控制，主要從嚴(yán)選材料、使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)、采用自動浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬、裝配過程采用拉引線裝置等方面細(xì)致分析，以此促進(jìn)高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法的不斷創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞 高水系引線式鋁電解電容器;生產(chǎn)控制方法;技術(shù)優(yōu)勢

中圖分類號： TM53文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.009

0 引言

高水系引線式鋁電解電容器添加了多種有機(jī)高分子聚合物，降低陽極箔上負(fù)離子表面活性，改善了電解液的高溫穩(wěn)定性，提高電容器上限溫度，形成高頻寬溫低阻抗工作電解液，耐受性強(qiáng)。但是由于電解液含有很高的水分，生產(chǎn)過程如果不進(jìn)行嚴(yán)格控制，很容易引起水合、無容量等現(xiàn)象，從而使電容器短期失效。下面，根據(jù)我們在生產(chǎn)實(shí)踐中的總結(jié)來跟大家一起探討需要特殊控制的幾個方面。

1 鋁電解電容器的有關(guān)闡述

1.1 鋁電解電容器的技術(shù)優(yōu)勢

鋁電解電容器單位體積電容量大，工作電壓越低的特點(diǎn)愈加突出，因此，特別適應(yīng)電容器的小型化和大容量化。鋁電解電容器在工作過程中具有“自愈”特性，對于介質(zhì)氧化膜的疵點(diǎn)或缺陷在電容器工作過程中可以進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)其絕緣能力，避免招致電介質(zhì)擊穿。鋁電解電容器的介質(zhì)氧化膜能夠承受非常高的電場強(qiáng)度。鋁電解電容器能夠非常方便，獲得數(shù)千乃至數(shù)萬微法的靜電容量。而且生產(chǎn)方便，設(shè)備普通，可以大規(guī)模批量化生產(chǎn)，價格便宜。

1.2 高水系引線式鋁電解電容器的技術(shù)優(yōu)勢

高水系引線式鋁電解電容器與傳統(tǒng)的乙二醇溶劑電容器而言，具有溫度穩(wěn)定性高、耐紋波能力強(qiáng)、濾波效果好等優(yōu)勢，在傳統(tǒng)的乙二醇溶劑電解液中通過增加水的含量實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)率，現(xiàn)使用一種含水量達(dá)65%，電導(dǎo)率可達(dá)55～65X10-3s/cm的電解液生產(chǎn)超低阻抗電容器，這種電解液同時添加了多種有機(jī)高分子聚合物形成復(fù)合添加劑，降低陽極箔上負(fù)離子表面活性，改善了工作電解液的高溫穩(wěn)定性，使電容器上限工作溫度擴(kuò)展到 105℃，形成高頻寬溫低阻抗工作電解液，產(chǎn)品具有高紋波電流耐受性能，抗電磁干擾能力強(qiáng)，高質(zhì)量的開關(guān)電源，高保真音響等為了提高濾波效果，都會使用低阻抗電容器。

2 高水系產(chǎn)品的優(yōu)勢

高水系產(chǎn)品成本低，但是使用效果好、壽命長，用途廣泛，而且它的使用效果檢查簡單方便，主要是采取高溫儲存壽命測試方法，在控制不加壓的情況下，將測試樣品在上限溫度條件下放置規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行測試，然后測試漏電流、容量、損耗這些關(guān)鍵參數(shù)，要求這些關(guān)鍵參數(shù)必須保持在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，并觀察電容器底部是否有鼓起，檢驗(yàn)了電容器的化學(xué)穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，確保客戶使用無后患。高水系引線式鋁電解電容器檢驗(yàn)水平的提高，更好地發(fā)揮了高水系產(chǎn)品的應(yīng)用優(yōu)勢。

3 特殊控制

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的總結(jié)，分析需要特殊控制的幾個方面，嚴(yán)選材料、使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)、采用自動浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬、裝配過程采用拉引線裝置，下文將針對這幾個方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

3.1 嚴(yán)選材料

嚴(yán)選材料，選用耐水合性能比較好的化成箔，這種低壓化成箔經(jīng)過特殊處理，相當(dāng)于有一層防水保護(hù)膜。使用前通過水煮的方法來考核它的耐水合性優(yōu)劣，從待用鋁箔中取樣，用純水洗干凈，放入95℃以上的純水中，水浴60±1min，再進(jìn)行氧化膜耐電壓及升壓時間測定，從中挑選出耐壓以及升壓時間符合要求的鋁箔，升壓時間越短說明化成箔耐水合能力越強(qiáng)。同時采用純度高且化成的引出線，表面形成AL2O3，減小鉚接后的接觸電阻。

鋁箔因其優(yōu)良的延展性，傳導(dǎo)性，被廣泛應(yīng)用于日常生活以及工業(yè)制造。高純鋁是制造鋁電解電容器的主要材料，對高純鋁箔進(jìn)行擴(kuò)面處理，腐蝕發(fā)孔擴(kuò)面，腐蝕液有純酸以及混合酸體系，它們的濃度和配比等因素會使鋁箔形成不同的腐蝕孔，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，鹽酸中加入中等溶解能力的氧化性酸，能獲得高立方組構(gòu)鋁箔隧道腐蝕所需要的初始蝕坑，比表面積更大。然后用腐蝕箔作陽極，利用電化學(xué)原理，通過電解作用在鋁箔表面氧化形成氧化膜介質(zhì)層，這就做成了化成箔，化成箔氧化膜的質(zhì)量關(guān)系到電容器性能的優(yōu)劣。熱處理溫度以及不同的形成液直接影響化成箔耐水合性，高水系電解液由于含有大量水，能與化成箔氧化膜作用，破壞氧化膜的絕緣層結(jié)構(gòu)，劣化化成箔的各項(xiàng)性能，因此要嚴(yán)選材料。

3.2 使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)

使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)。傳統(tǒng)鉚接機(jī)將已經(jīng)裁切成一定寬度的鋁箔與導(dǎo)針通過鉚接針一次性刺穿導(dǎo)針舌片和電極箔，然后移至打?qū)嵦幖訅捍蚱?，這種連接方法容易導(dǎo)致接觸不良。現(xiàn)開發(fā)出一種新型刺鉚機(jī)，在導(dǎo)針與電極箔送至鉚接模前，已在電極箔上預(yù)沖孔，如下圖，從下圖明顯的可以看到左圖使用沒有帶預(yù)刺功能的鉚接機(jī)，右圖為帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)。

使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)，引線舌片花瓣緊貼電極箔，兩者接觸面積大，貼合嚴(yán)實(shí)，接觸電阻能下降40%以上，如下表數(shù)據(jù)，有效降低產(chǎn)品阻抗，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。

最重要的是增加預(yù)刺后由于預(yù)先刺孔，所以有效減少鋁箔屑，使得鋁箔的平整度大大提高，鉚接處非常平整，有效減輕鉚接點(diǎn)處鋁箔裂紋，降低了水分的滲透，如果含有大量水分的電解液滲透到裂紋處，水與鋁直接接觸發(fā)生反應(yīng)，在鉚接點(diǎn)生成AL2O3，使鋁箔與導(dǎo)針不能有效連接，造成容量時有時無的現(xiàn)象，產(chǎn)品功能喪失，無法使用。

3.3 采用自動浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬

高水系產(chǎn)品采用低密度高吸水性電解紙滿足電解電容器對低阻抗的要求，目前主要有日本NKK公司的MR5D、STZ系列，以及國內(nèi)凱恩大力開發(fā)的低阻抗SM系列電解紙。下文將針對傳統(tǒng)手工浸漬以及自動含浸，分別進(jìn)行闡述，采用自動浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬的意義何在。

首先手工浸漬用時長。不同電解液由于成分不同，黏性不一樣，芯包浸漬時間也有很大的區(qū)別，傳統(tǒng)手工浸漬時間在40分鐘～8小時之間，高水系電解液產(chǎn)品因?yàn)楹指?，容易浸透，雖然在手工浸漬中時間是最短的，40分鐘左右，但與連接在裝配機(jī)上的自動含浸只有20秒左右的時間相比，不可同日而語，低密度紙滲透性好，吸水性強(qiáng)，時間稍長很容易造成電解紙溶解起毛，影響產(chǎn)品質(zhì)量。其次，手工浸漬手續(xù)煩瑣，必須先把芯包從塑料存儲箱轉(zhuǎn)移到含浸鍋，對含浸鍋加溫，手工抽取電解液，并且浸漬后需要取出放入離心機(jī)脫液甩干，芯包不但經(jīng)過了多次變換存儲地點(diǎn)，而且甩干過程造成芯包之間以及導(dǎo)針與芯包互相碰撞，造成芯包隱性損傷，必然影響產(chǎn)品質(zhì)量。

因此，自動含浸是非常好的替代方法，采用自動浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬，烘干后的芯包依次排在夾具上直接翻轉(zhuǎn)入含浸缸，沒有碰撞，浸漬電解液后通過導(dǎo)軌直接裝配，每分鐘的產(chǎn)能基本達(dá)到現(xiàn)有組立機(jī)的組立速度。由于速度很快且沒有碰撞，不會造成電解紙溶解起毛以及損傷，保證了裝配過程的產(chǎn)品質(zhì)量。自動含浸速度很快，整體結(jié)構(gòu)簡單，方便操作，試驗(yàn)證明，含浸機(jī)含浸的電容能有效提升產(chǎn)品的使用壽命，提高產(chǎn)品的投入產(chǎn)出率。在市場對產(chǎn)品高質(zhì)量多樣化的需求下，自動含浸機(jī)將取代部分含浸缸含浸的生產(chǎn)線，并且經(jīng)過不斷改善，市場已開發(fā)出高壓含浸機(jī)，如YF-1836L/S.

3.4 裝配過程采用拉引線裝置

浸漬好電解液的芯包與鋁殼及密封材料組裝起來的過程稱為裝配工序。為了減少芯包裝配過程中所受的損傷，要使用有拉引線腳的裝配機(jī)。傳統(tǒng)的裝配方法是將芯包從底部完全頂壓使芯包引線加強(qiáng)筋完全進(jìn)入橡皮塞孔內(nèi)，這種裝配方法的缺陷就是由于芯包底部受力過大，芯包內(nèi)部電解紙和箔片受到擠壓，容易造成芯包短路，對產(chǎn)品質(zhì)量造成不穩(wěn)定因素，高水系產(chǎn)品由于使用低密度高吸水性電解紙，芯包受頂壓耐受力弱，容易把電解紙頂變形，因此單靠頂壓方式裝配芯包已不能滿足要求。

隨著電容器生產(chǎn)設(shè)備的創(chuàng)新開發(fā)，設(shè)計(jì)出一種有拉引線腳裝置的裝配機(jī)。它增加從頂部靠拉力將引線加強(qiáng)筋拉入皮塞孔內(nèi)的機(jī)構(gòu)，減少芯包裝配過程中所受的損傷，裝配方法是將芯包從引線處拉動使引線加強(qiáng)筋完全進(jìn)入橡皮塞孔內(nèi)，這種裝配方法將大大降低芯包底部受力，減少芯包內(nèi)部電解紙和箔片擠壓力，這樣避免了因芯包受大阻力擠壓而受傷的情況。如下對比圖2。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋁電解電容的生產(chǎn)及應(yīng)用日趨成熟，市場需求旺盛。由于其介質(zhì)是在鋁箔上形成的氧化鋁，而鋁的精度難以控制且溫度穩(wěn)定性不高，因此需要在電解液中進(jìn)行攻關(guān)，生產(chǎn)適應(yīng)瞬息萬變市場需求的產(chǎn)品。高水系引線式鋁電解電容器由于其特有的超低阻抗，使得產(chǎn)品耐紋波能力更強(qiáng)，抗電磁干擾能力更強(qiáng)，同時由于電解液含有多種有機(jī)高分子聚合物的復(fù)合添加劑，有效降低陽極箔上負(fù)離子活性，改善了高溫穩(wěn)定性，而且由于價格便宜，非常具有競爭力。但是由于電解液含水比例高，生產(chǎn)過程不易進(jìn)行控制，對此有必要對高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法進(jìn)行探討，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的總結(jié)，提出高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法，以促進(jìn)高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)應(yīng)用水平的提高。

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