一種基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器及其制備方法與流程

本發明涉及電子領域，尤其涉及一種基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器及其制備方法。
背景技術：
：目前，市場上能夠見到的鋁電解電容器是圓柱形結構設計，此種電容器芯包是通過釘卷機卷繞制得，為圓柱形芯包，將圓柱芯包含浸電解液后置入圓柱形鋁殼中經過束腰組立，制得圓柱形電容器。然而，有些應用場合，為減小集成電路的體積，提高體積利用率，只能留一扁平的空間來放置鋁電解電容器，圓柱形結構鋁電解電容器四周的空間不能得到有效利用，在扁平空間的體積利用率較低。另一方面，在高紋波電流的工況下，電容器內部容易積聚熱量，如果熱量不能有效散逸出去，會影響產品性能。由于電容器本身的結構特點，圓柱型電容器的徑向熱阻大，散熱速率較慢，如果做成扁平式方形結構，厚度較小，散熱速率快，有利用電容器性能的發揮。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種占用空間合理、陽極箔和陰極箔不易折斷的方形鋁電解電容器及其制作方法。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：一種基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器，包括方形鋁殼、呈扁平橢圓狀的卷繞式芯包、橡膠塞和蓋板，所述橡膠塞和蓋板將芯包密封在方形鋁殼內；所述芯包的正極引線和負極引線的鋁梗通過UV膠或環氧熱固化膠與橡膠塞密封連接；所述芯包內部以及芯包與方形鋁殼之間形成有凝膠狀電解液；所述凝膠狀電解液為溶液體系I和溶液體系II在引發劑的引發下聚合得到的凝膠狀高分子化合物；所述溶液體系I和溶液體系II的混合配比為1:4-4:1；所述溶液體系II包括85％-95％聚合單體、2％-20％交聯劑和0.1％-10％引發劑，所述聚合單體為含有雙鍵的化合物或者是可開環進行聚合的丙烯酸及其衍生物；所述引發劑包括熱引發劑或者光引發劑，所述熱引發劑包括過氧化氫、過硫酸鹽和氫過氧化物的一種或多種；所述光引發劑包括photoinitiator184、photoinitiator907、photoinitiator1173、photoinitiator369和二苯基乙酮的一種或多種。本發明使用的熱引發劑為水溶性、無機類、中溫型，可以均勻的溶解到電解液的溶劑中，可以得到均勻的凝膠態電解液，有效避免了其他類型引發劑不能均勻溶解到電解液溶劑中帶來的局部聚合不充分、電容器內部短路等風險。熱引發劑均勻的分散到溶劑中，在加熱的情況下熱引發劑自身發生分解，斷裂，形成兩個初始自由基，繼而引發單體自由基發生聚合反應，得到的聚合體系的粘度比本體聚合低，混合和散熱比較容易，生產操作和溫度都易于控制，還可利用溶劑的蒸發以排除聚合熱。常用的有機過氧化物聚合引發劑(例如：α,α`-偶氮二異丁腈)在其自身發生分解反應產生自由基的同時會產生氮氣而以在凝膠內部包裹氣泡的狀態進行固化，由于氣泡的存在，難以得到均勻的凝膠狀高分子。本發明中，熱引發劑分子含有弱鍵，通過加熱分解產生兩個初級自由基，初級自由基接著引發單體產生自由基從而發生鏈引發反應發生聚合反應從而形成凝膠態。如圖1所示為過硫酸鹽引發劑加熱分解成自由基的示意圖。聚合過程中引發作用分為以下幾步:(1)引發劑在水相中分解成初始自由基；(2)初始自由基在水相(電解液在配制過程中甚至在配制完成后都會有水的存在)中引發聚合；(3)水相中的初始自由基單體擴散到乳膠粒中或單體液滴中；(4)自由基在乳膠粒中引發聚合，生成高分子聚合物，使得乳膠粒不斷長大。第一階段一一乳膠粒生成期。從開始引發聚合,直至乳化劑形成的膠束消失,聚合速率遞增。水相中產生的自由基擴散進入膠束內，進行引發、增長，不斷形成乳膠粒,同時水相中單體也可以引發聚合,吸附乳化劑分子形成乳膠粒。隨著引發聚合的繼續進行，增溶膠束不斷成核,乳膠粒不斷增多或增大，當單體轉化率15％左右，膠束全部消失，不再形成新的乳膠粒，以后引發聚合完全在乳膠粒內進行。第二階段一一恒速期。膠束消失后,聚合進入第二階段。鏈引發、增長和終止反應繼續在乳膠粒內進行，液滴仍起著倉庫的作用,不斷向乳膠粒供應單體。乳膠粒中單體濃度保持不變，加上乳膠粒數恒定,這一階段的聚合速率也基本一定。單體轉化率達50％左右，液滴全部消失，單體全部進入乳膠粒，開始轉入第三階段。第三階段一一降速期。乳膠粒內由單體和聚合物兩部分組成，水中的自由基可以繼續擴散到乳膠粒引發或終止，但單體再無補充來源，聚合速率將隨乳膠粒內單體濃度的降低而降低，直至聚合完成。光引發劑是一類在紫外光區(250-420nm)或可見光區(400-800nm)吸收一定波長的能量，產生自由基、陽離子等從而引發單體聚合交聯固化的化合物本發明采用的是自由基聚合光引發劑中的裂解型光引發劑，即引發劑分子吸收光能后，躍遷至激發單線態，經系間竄躍到激發三線態，在其激發單線態或三線態，分子結構呈不穩定狀態，其中弱鍵會發生均裂產生初級活性自由基，引發聚合。光引發劑分子吸收光能后，由基態變成激發態分子發生NorrishΙ反應，羰基和相鄰碳原子之間的共價鍵拉長、弱化、斷裂、生成初級自由基。X-Y-------(X…Y)`-------X`+Y`光引發劑吸收UV燈的波長后釋放初級自由基從而引發單體發生自由基鏈式聚合反應，活性自由基與不飽和官能團反應形成新的分子結構時，中心碳原子上可形成叔碳自由基，其能使原來的加成反應逆向進行或裂解聚合物原始的交聯結構，再生成一個以碳原子為中心的自由基，即可逆加成、加成物斷裂以及鏈轉移反應。整個過程類都是一個雙鍵打開和另一個雙鍵的生成，在通過添加交聯劑使得交聯劑的官能基團與樹脂聚合物交聯鏈發生自由基介導的聚合反應，促使聚合物網狀結構的交聯鏈重新排列，使得原先的聚合收縮應力得以釋放，且反應發生在整個聚合反應的過程中，從而得到交聯密度適中，力學性能良好的凝膠態電解質。上述的基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器，優選的，所述單體包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸異丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一種或多種。上述的基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器，優選的，所述交聯劑包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一種或多種。交聯劑為凝膠態電解質的共聚單體，通過添加量的變化可以控制得到的聚合產物的性狀，粘度、硬度。上述的基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器，優選的，所述溶液體系I為光引發系列或熱引發系列；所述熱引發系列包括45％-65％的熱引發系列主溶劑、15％-25％的熱引發系列輔助溶劑、8-25％的熱引發系列主溶質、2％-5％的熱引發系列副溶質以及0.5％-3％的熱引發系列添加劑；所述熱引發系列主溶劑可以為乙二醇，所述熱引發系列輔助溶劑包括水、甘油、丙三醇、丙二醇和1，4-丁二醇的一種或多種；所述熱引發系列主溶質包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸銨、辛二酸銨、壬二酸銨、癸二酸銨、1,7-癸二酸銨、異癸二酸銨、烷基癸二酸銨、十二雙酸銨、2-己基己二酸的一種或多種；所述熱引發系列副溶質包括硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸單丁酯、五硼酸銨、苯二酸、對苯二酸、檸檬酸的一種或多種，通過添加副溶質來提高電解液的電導率；所述熱引發系列添加劑包括硝基化合物，包括對硝基苯酚、鄰硝基苯酚、間二硝基苯、對硝基苯甲醚或對硝基苯甲醇、次亞磷酸銨的一種或多種。本發明的熱引發系列的主溶劑具備以下的特征1、物理化學性能穩定；2、擁有較低的凝固點和較高的沸點；3、對所選用的溶質或添加劑有較高的溶解度；4、不和鋁箔發生腐蝕等化學反應；5、價格相對低廉。主溶劑往往很難同時兼備上述性能，需要添加輔助溶劑來改善相關性能，本發明中選用介電常數較大，高低溫性能優良的輔助溶劑，一方面可以改善主溶劑高低溫特性，另一方面，兩種不同溶劑體系相互作用，有利于提高溶劑化作用，增大溶質的溶解度和電離度。熱引發系列中輔助添加劑包括防水合劑和消氫劑，其中防水合劑，如：次亞磷酸銨能夠抑制鋁氧化膜發生水合作用，延長電容器使用壽命，消氫劑，如：對對硝基苯酚、鄰硝基苯酚、間二硝基苯、對硝基苯甲醚能夠吸收電解液修補氧化膜過程中在陰極產生的氫氣，從而有效避免電容器底突、開閥等不良狀況。上述的基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器，優選的，所述光引發系列包括65％-80％的光引發系列溶劑、8％-25％的光引發系列主溶質、2％-20％的光引發系列副溶質和0.5％-10％的光引發系列PH調節劑，所述光引發系列溶劑包括醇類溶劑、酯類溶劑和醚類溶劑的一種或多種，所述光引發系列主溶質包括辛二酸、癸二酸、壬二酸、1,6-癸烷二羧酸、馬來酸銨、馬來酸氫銨和苯甲酸銨的一種或多種；所述光引發系列副溶質包括乙二酸、丙二酸、己二酸、己二酸銨、水楊酸、水楊酸銨、谷氨酸和谷氨酰胺的一種或多種，通過添加副溶質來提高電解液的電導率；所述光引發系列PH調節劑包括乙二胺、三乙胺、三乙醇胺和植酸的一種或多種。上述的基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器，優選的，所述醇類溶劑包括乙二醇、正丁醇、丙三醇、一縮二乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和二甘醇的一種或多種；所述酯類溶劑包括γ-丁內酯、δ-戊內酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯的一種或多種；所述醚類溶劑包括乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、二甘醇單丁醚、乙二醇二甲醚和正丁醚的一種或多種。一種如上述的基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器的制備方法，包括以下步驟，1)用電容器卷繞機，連續的將導箔條沖壓釘鉚到陰極箔和陽極箔上；2)利用裁切工具將陰極箔、陽極箔和電解紙裁切至預設尺寸；裁切出來的陽極箔上的陽極導箔條離陽極箔一邊的距離為陽極箔寬度的1/4；3)將陽極箔、陰極箔和電解紙在卷繞機上卷繞成扁平橢圓狀卷繞式芯包；4)制備溶液體系I和溶液體系II，并將溶液體系I和溶液體系II按照1:4-4:1的比例攪拌混合均勻，攪拌時間為10-30分鐘；4.1)所述溶液體系I的配制包括光引發系列的配制和熱引發系列的配制，所述熱引發系列的配制方法為將主溶劑和輔助溶劑混合并加熱到90-120攝氏度，加入主溶質和副溶質，在110-140攝氏度的溫度下保溫30-60分鐘，冷卻到100攝氏度加入添加劑，并冷卻至室溫；所述光引發系列的配制為將所選用的溶劑混合加熱到90-120攝氏度，加入所選用的主溶質和副溶質，在110-140攝氏度保溫30-60分鐘，冷卻到100攝氏度后，加入添加劑，并且冷卻至室溫；4.2)所述溶液體系II的配制為將所選用的單體和交聯劑依次加入到配液槽中，混合攪拌均勻后，加入引發劑，攪拌30-50分鐘；5)運用真空含浸的方法將步驟3)中的芯包含浸溶液體系I和溶液體系II的混合溶液；6)在UV燈的照射下或者在溫度為65℃～105℃的烘箱內進行固化，所述烘箱內固化的時間為20分鐘-4小時；所述UV燈的照射時間為5秒-5分鐘；7)將步驟6)中芯包上的陽極導箔條用超聲焊接裝置焊接在一起；8)用真空塑封機將步驟7)中的芯包密封在方形鋁殼內。與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明的方形鋁電解電容器在同等電容下厚度比一般圓柱形電容器直徑小的多，本發明的方形鋁電解電容器在厚度方向上占用的空間少，提高保證了電容器的體積容量密度，提高了對空間的利用率。本發明方形鋁電解電容器的芯包呈扁平橢圓狀，在卷繞后，由于陽極箔和陰極箔彎曲處的角度較傳統方形鋁電解電容器的角度大，故陽極箔和陰極箔彎曲處的壓力小、不易折斷。本發明的方形鋁電解電容器的方形鋁殼開口處采用UV膠或環氧熱固化膠密封解決了傳統方形鋁電解電容器鋁殼開口處密封效果不好的情況。本發明為滿足扁平空間放置鋁電解電容器的需求，增加空間利用率和優化電容器散熱，設計了一種方形結構的鋁電解電容器，此種方形結構鋁電解電容器厚度(寬度)小，長度大，高度可以與圓柱形結構鋁電解電容器相同，保證鋁電解電容器體積容量密度要求的同時，滿足扁平空間放置鋁電解電容器的需求。附圖說明圖1為本發明實施例1中方形鋁電解電容器的結構示意圖。圖例說明1、方形鋁殼；2、芯包；3、橡膠塞；4、蓋板；5、正極引線；6、負極引線。具體實施方式為了便于理解本發明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發明作更全面、細致地描述，但本發明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。需要特別說明的是，當某一元件被描述為“固定于、固接于、連接于或連通于”另一元件上時，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過其他中間連接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發明的保護范圍。實施例1如圖1所示的一種基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器，包括方形鋁殼1、呈扁平橢圓狀的卷繞式芯包2、橡膠塞3和蓋板4，橡膠塞3和蓋板4將芯包2密封在方形鋁殼1內；芯包2的正極引線5和負極引線6的鋁梗通過UV膠或環氧熱固化膠與橡膠塞密封連接；芯包2內部以及芯包2與方形鋁殼1之間形成有凝膠狀電解液；凝膠狀電解液為溶液體系I和溶液體系II在引發劑的引發下聚合得到的凝膠狀高分子化合物；溶液體系I和溶液體系II的混合配比為1:4-4:1；溶液體系II包括85％-95％聚合單體、2％-20％交聯劑和0.1％-10％引發劑，聚合單體為含有雙鍵的化合物或者是可開環進行聚合的丙烯酸及其衍生物；引發劑包括熱引發劑或者光引發劑，熱引發劑包括過氧化氫、過硫酸鹽和氫過氧化物的一種或多種；光引發劑包括photoinitiator184、photoinitiator907、photoinitiator1173、photoinitiator369和二苯基乙酮的一種或多種。本實施例中，單體包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸異丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一種或多種。本實施例中，交聯劑包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一種或多種。本實施例中，溶液體系I為光引發系列或熱引發系列；熱引發系列包括45％-65％的熱引發系列主溶劑、15％-25％的熱引發系列輔助溶劑、8-25％的熱引發系列主溶質、2％-5％的熱引發系列副溶質以及0.5％-3％的熱引發系列添加劑；熱引發系列主溶劑可以為乙二醇，熱引發系列輔助溶劑包括水、甘油、丙三醇、丙二醇和1，4-丁二醇的一種或多種；熱引發系列主溶質包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸銨、辛二酸銨、壬二酸銨、癸二酸銨、1,7-癸二酸銨、異癸二酸銨、烷基癸二酸銨、十二雙酸銨、2-己基己二酸的一種或多種；熱引發系列副溶質包括硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸單丁酯、五硼酸銨、苯二酸、對苯二酸、檸檬酸的一種或多種；熱引發系列添加劑包括硝基化合物，包括對硝基苯酚、鄰硝基苯酚、間二硝基苯、對硝基苯甲醚或對硝基苯甲醇、次亞磷酸銨的一種或多種。本實施例中，光引發系列包括65％-80％的光引發系列溶劑、8％-25％的光引發系列主溶質、2％-20％的光引發系列副溶質和0.5％-10％的光引發系列PH調節劑，光引發系列溶劑包括醇類溶劑、酯類溶劑和醚類溶劑的一種或多種，光引發系列主溶質包括辛二酸、癸二酸、壬二酸、1,6-癸烷二羧酸、馬來酸銨、馬來酸氫銨和苯甲酸銨的一種或多種；光引發系列副溶質包括乙二酸、丙二酸、己二酸、己二酸銨、水楊酸、水楊酸銨、谷氨酸和谷氨酰胺的一種或多種；光引發系列PH調節劑包括乙二胺、三乙胺、三乙醇胺和植酸的一種或多種。本實施例中，醇類溶劑包括乙二醇、正丁醇、丙三醇、一縮二乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和二甘醇的一種或多種；酯類溶劑包括γ-丁內酯、δ-戊內酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯的一種或多種；醚類溶劑包括乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、二甘醇單丁醚、乙二醇二甲醚和正丁醚的一種或多種。本實施例的基于凝膠電解液的方形鋁電解電容器的制備方法，包括以下步驟，1)用電容器卷繞機，連續的將導箔條沖壓釘鉚到陰極箔和陽極箔上；2)利用裁切工具將陰極箔、陽極箔和電解紙裁切至預設尺寸；裁切出來的陽極箔上的陽極導箔條離陽極箔一邊的距離為陽極箔寬度的1/4；3)將陽極箔、陰極箔和電解紙在卷繞機上卷繞成扁平橢圓狀卷繞式芯包；4)制備溶液體系I和溶液體系II，并將溶液體系I和溶液體系II按照1:4-4:1的比例攪拌混合均勻，攪拌時間為10-30分鐘；4.1)溶液體系I的配制包括光引發系列的配制和熱引發系列的配制，熱引發系列的配制方法為將主溶劑和輔助溶劑混合并加熱到90-120攝氏度，加入主溶質和副溶質，在110-140攝氏度的溫度下保溫30-60分鐘，冷卻到100攝氏度加入添加劑，并冷卻至室溫；光引發系列的配制為將所選用的溶劑混合加熱到90-120攝氏度，加入所選用的主溶質和副溶質，在110-140攝氏度保溫30-60分鐘，冷卻到100攝氏度后，加入添加劑，并且冷卻至室溫；4.2)溶液體系II的配制為將所選用的單體和交聯劑依次加入到配液槽中，混合攪拌均勻后，加入引發劑，攪拌30-50分鐘；5)運用真空含浸的方法將步驟3)中的芯包含浸溶液體系I和溶液體系II的混合溶液；6)在UV燈的照射下或者在溫度為65℃～105℃的烘箱內進行固化，烘箱內固化的時間為20分鐘-4小時；UV燈的照射時間為5秒-5分鐘；7)將步驟6)中芯包上的陽極導箔條用超聲焊接裝置焊接在一起；8)用真空塑封機將步驟7)中的芯包密封在方形鋁殼內。本實施例中，溶液體系I：成分質量百分數乙二醇60％水10％甘油15％山梨醇5％五硼酸銨10％溶劑體系II：成分質量百分數丙烯酸85％甲基丙烯酸酯10％過硫酸銨5％熱固化溫度80℃-105℃，熱固化時間30min-2h均可。當前第1頁1 2 3