[发明专利]超高压大型铝电解电容器驱动用电解液及其溶质

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高压大型铝电解电容器，尤其涉及一种超高压大型铝电解电容器驱动用电解液及其溶质。

背景技术

铝电解电容器因其单位体积电容量大、体积小、重量轻、价格廉而被广泛地应用到滤波、旁路、耦合、谐振、移相、储能等方面。

随着新型技术(例如高压变频器、电动汽车、风力发电及光伏发电新能源、植入性医疗设备等)的快速发展，对铝电解电容器提出了更高的要求：(1)要求具有高的耐压能力(工作电压＞600V，即超高压铝电解电容器)，能承受高的浪涌电压，并且必须以很小的电压降工作；(2)要求具有耐更高纹波电流的能力，那种高频纹波电流会引起电容器内部温度升高，若芯子发热严重，电解液会很快干枯，将导致电容器很快失效；(3)必须能在要求的最高温度下正常地工作，有高的耐热稳定性；(4)有足够长的工作寿命，期望在数千小时乃至数万小时内电容器能正常地工作。

在铝电解电容器中，电解液的特性是决定电容器性能的主要因素。如电解液的耐高温性能对铝电解电容器的高温寿命起主要作用，而电解液的闪火电压对铝电解电容器的耐电压性能起主要作用。铝电解电容器工作电解液由溶剂，溶质和适量添加剂构成，对高压铝电解电容器而言，工作电解液的溶质体系对其闪火电压极其关键。

随着材料的发展进步，经过多年来国内外研究者的不断改进，高压电解液的主溶质体系不断升级。最初是将硼酸或五硼酸铵作为主溶质制备电解液，该体系已发明50余年，硼酸和乙二醇酯化以及硼酸变成偏硼酸都会产生水，水含量过高会引起铝电极箔的腐蚀并产生氢气，特别是在100℃以上使用时，电解液中的水变成水蒸气而蒸发，随之电解电容的组件内内压升高，使电容器的贮存性能、工作寿命和其他电性能变坏，加之该类电解液电阻率较大、黏度大、低温性能不好，冬天会造成大量结晶等缺陷，从而限制了这种电解液的使用。

20世纪80年代以来，开始采用直链羧酸或其铵盐作为主溶质制备电解液，该体系能一定程度降低水含量并具有使用成本低的优点。随着直链二羧酸盐的碳原子数目增多，酸制溶液的闪火电压增高，但溶质在乙二醇中的溶解度下降。如分子中含十个碳原子的直链癸二酸铵在常温下乙二醇中仅溶解5％左右，直链十二双酸铵的溶解度要更低一些。所以用这类溶质的高压电解液电阻率不会很低，而用它制造的电解电容器很难达到低损耗。另外由于电容器在工作和贮存时，特别是在高温状况下，溶质会因发生化学反应和电化学反应而消耗，低浓度溶质电解液制出的电容器很难达到高可靠、长寿命。

近年来，广泛采用支链羧酸盐作为主溶质制备电解液，由于侧链上基团的空间位阻作用以及烷氧基团的极化作用，支链多元羧酸盐在乙二醇溶液中的溶解度和热稳定性均优于直链羧酸盐并且有强的化学修复能力，所以用支链多元羧酸盐+乙二醇体系能制造出低有效阻抗、耐大纹波电流的铝电解电容器。

通常，为了获得高的闪火电压，一般还要添加闪火电压提升剂，例如聚乙二醇，聚丙烯酸铵，聚乙烯醇硼酸酯，聚乙烯醇磷酸酯，纳米无机氧化物粒子，聚环氧乙烷环氧丙烷醚的一种或几种，但是这些材料本身是没有电导的，只是作为闪火电压提升剂使用。对铝电解电容器而言，由于液体电解液是铝电解电容器的实际阴极，实际阴极的导电载流子不再是自由电子而是离子，因此这种添加剂并不能增强电解液的离子导电性。

大量的实践工作证明，目前的高压及超高电压铝电解电容器，随着长时间的使用，驱动电解液中由于各组分缓慢发生化学反应，水分含量增加，电解液电导率降低，电容器的损耗角因子DF变化率增加。另外，电解液的闪火电压降低，铝电解电容器在高温负荷时，电极箔出现打火现象，氧化膜被破坏，这也是造成阳极腐蚀的主要原因。同时，电容器各相关性能参数急剧恶化，造成失效，其可靠性不能满足电容器发展的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超高压大型铝电解电容器驱动用电解液，其能使得浸渍该电解液的铝电解电容器的工作电压在600V以上、具有优异的耐热性、能耐大纹波电流、延缓了铝电解电容器的阳蚀时间、高温负荷寿命长、可靠性强。