一种耐高温的高压电解液和使用它的铝电解电容器

摘要

一种耐高温的高压电解液和使用它的铝电解电容器，包括电解液及浸润其中的芯组，以及密封用的铝壳和胶塞。所述电解液由两种溶剂组成，分别为γ‑丁内酯与乙二醇苯醚。所述电解液溶质主要由α位带侧支链的有机羧酸铵盐组成，所述添加剂包括闪火电压提高剂、氧化膜稳定剂、吸氢剂等。本发明的有益效果为：主溶剂与辅助溶剂均为高沸点有机溶剂，且以7：3比例搭配时共沸点更高，饱和蒸汽压下降，溶解以α位侧支链形成位阻效应的羧酸铵盐配制的电解液在高温工作环境中不易发生酯化、酰胺化等劣化反应。

说明书

技术领域

本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种耐高温铝电解电容器。

背景技术

传统的铝电解电容通常应用于-25～+105℃工作环境中，在更高环境温度下使用时因为电解液的耐热性能不足，容易发生酯化、酰胺化等劣化反应，性能大幅度下降，因而不适用。但最近迅猛发展的电动汽车的转换开关电路以及大功率照明电子电路中，要求铝电解电容器具有耐高压(400～450V)和耐超高温150℃的能力，目前的铝电解电容器很难满足此种要求。而为了提高电解液的耐压，通常的技术是要降低溶质浓度，提高电解液的粘度，这又带来在长期高温环境中电解液挥发性加速，电解液的形成能力下降、促使二羧酸结构分解等缺点。为克服此缺点，有必要对现有电解液进行改进。

发明内容

本发明提供了一种电解电容器，包括电解液、浸润于电解液中的芯组以及用于组装电解液及芯组的铝壳和胶塞。

所述的电解液的闪火电压大于480V，所述电解液包括主溶剂、辅助溶剂和溶质，主溶剂占电解液总重量的50～75％，辅助溶剂占电解液总重量的5～15％，溶质占电解液总重量的4～10％。优选主溶剂与辅助溶剂的比例为7：3；

所述的主溶剂为γ-丁内酯；

所述辅助溶剂为乙二醇苯醚；

所述溶质主要为α位带一个或多个支链的烷基羧酸铵盐；所述的烷基羧酸铵盐选自2，15-二甲基-十六双酸铵、2、17-二甲基-5-羟基-十八双酸铵、2-甲基壬二酸铵、聚对苯二甲酸铵、2-丁基辛二酸铵、5、6-二甲基癸二酸铵、2、9-二苯基癸二酸铵、1、7-辛二酸铵中的一种或多种；

所述的芯组包括阳极、阴极和用以间隔阳极、阴极的电解纸，阳极箔的铝纯度在99.99％以上，阴极箔的铝纯度在99.4％以上，电解纸为木浆纤维、D纤维、麻纤维、韧皮纤维中的一种或多种。

所述的铝壳为98.5％纯度的铝构成；

所述的胶塞为耐高温的过氧化物硫化的氢化丁腈橡胶。

优选的，所述电解液还包括用于闪火电压提高剂，氧化膜稳定用含磷化合物以及芳香族吸氢用途化合物等。

优选的，所述的闪火电压提高用途的闪火电压提高剂自聚乙二醇、聚乙烯醇、硼酸酯化聚乙烯醇、硼酸酯化聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯甘醇、聚氧丙烯三醇、纳米二氧化硅、甘露醇、山梨醇中的一种或多种，相对于电解液总重量，闪火电压提高剂占2～10％。

优选的，所述氧化膜稳定用磷化物选自可以添加丁基磷酸酯、磷酸单丁酯、磷酸单乙酯、次亚磷酸铵的一种或两种,相对于电解液总重量，氧化膜稳定剂占0.3～2％。

优选的，所述芳香族吸氢用途化合物为邻硝基苯甲醚、间硝基乙酰苯、对硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸中的一种或两种。相对于电解液总重量，芳香族吸氢用途添加剂占0.5～3％。

所述的电容器工作电压为400～450V。

优选的，所述胶塞材质为耐高温的过氧化物硫化的氢化丁腈橡胶。

本发明的有益效果为：主溶剂与辅助溶剂均为高沸点有机溶剂，且以7：3比例搭配时共沸点更高，饱和蒸汽压下降，溶解以α位侧支链形成位阻效应的羧酸铵盐配制的电解液在高温工作环境中不易发生酯化、酰胺化等劣化反应，搭配紧度为0.6～0.9g/cm

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合实施例，对本发明作进一步解释说明。应当理解，本处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的电解液中，采用γ-丁内酯作为主溶剂主要考虑其沸点高，且因其为非质子性溶剂，高温环境下不易与羧酸铵盐发生酯化劣化反应，可维持高温工作的稳定性。但因其溶解度低，饱和蒸汽压高，单独使用也不适合超高温环境。因而采用沸点同样高且饱和蒸汽压低的乙二醇苯醚为辅助溶剂。经过大量的试验，发现二者的比例在7：3左右最好，如实施例2中的比例，如果γ-丁内酯比例高，则溶解性差、饱和蒸汽压高；如果乙二醇苯醚比例高，则共沸点下降，低温性也变差。

在本发明的电解液中，可以添加2，15-二甲基-十六双酸铵、2、17-二甲基-5-羟基-十八双酸铵、2-甲基壬二酸铵、聚对苯二甲酸铵、2-丁基辛二酸铵、5、6-二甲基癸二酸铵、2、9-二苯基癸二酸铵、1、7-辛二酸铵中的一种或多种，优选添加2、17-二甲基-5-羟基-十八双酸铵、2-甲基壬二酸铵，因为α位有侧支链，可以抑制高温下发生劣化反应，耐高温效果特别好。少量添加聚对苯二甲酸铵还可起到提高闪火电压的作用。

在本发明的电解液中，作为电解液闪火电压提高剂，可以添加聚乙二醇、聚乙烯醇、硼酸酯化聚乙烯醇、硼酸酯化聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯甘醇、聚氧丙烯三醇、纳米二氧化硅、甘露醇、山梨醇中的一种或多种，添加量以2～10％为宜，添加量少，抑制闪火的效果差，在高温条件下有打火失效的风险。添加量多，电解液的粘度增加，会使电解液电导率下降。

在本发明的电解液中，作为正极氧化膜稳定剂用磷化物，可以添加丁基磷酸酯、磷酸单丁酯、磷酸单乙酯、次亚磷酸铵的一种或两种。优选添加单丁基磷酸酯和双丁基磷酸酯混合使用，添加量以0.5～1.5％为宜，添加量少，对氧化膜稳定效果不佳；添加量过多，对闪火电压有下降的负作用。

在本发明的电解液中，作为电解液吸氢剂用途可以添加邻硝基苯甲醚、间硝基乙酰苯、对硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸芳香族化合物中的一种或两种，优选添加间硝基乙酰苯，吸氢效果好，而且添加量可以达到2％。

所述电解液的电导率在1.3～1.7ms/cm，闪火电压在480V以上。

所述的电容器密封用的胶塞为耐高温的过氧化二异丙苯硫化的氢化丁腈橡胶。

以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

表1

从上表中可以看出，本发明提供的电解液沸点较高，而且电导率和闪火电压也较高，尤其适用于高压超高温电容器使用。

为了模拟电解液在电容器中超高温环境下的变化，将其装入密闭的不锈钢瓶中，并在150℃的环境中放置1000小时，测量上述电解液的电导率、重量变化，数据汇总于下表中，

表2

通过上表中的数据可以看出，本发明的电解液经过150℃长时间放置，各参数的变化率远优于常规电解液。为了进一步验证本发明电解液耐高温、高压效果，将其与正、负极铝箔以及电解纸卷绕成的芯组、氢化丁腈橡胶胶塞、铝壳一起制备成铝电解电容器。具体地，采用680VF 0.36μF/cm

表3

结合表1和表2可以看出，本发明提供的铝电解电容器在150℃超高温环境下工作稳定，即使经过长时间负荷试验后参数变化率较小，具有较好的耐高温性能。

应该说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的构思和原则下所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。