超低温铝电解电容器用的电解液及其制备方法

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2024-03-12 17:35:28

权利要求书： 1.一种超低温铝电解电容器用的电解液，其特征在于：包括下列质量百分比的原料，第一溶剂40?50%、第二溶剂20?30%、第三溶剂5?10%、溶质1?15%、添加剂0.5?5%，所述添加剂包括消氢剂、高温稳定剂中的一种或多种；其中所述第一溶剂包括乙二醇；所述第二溶剂包括水；所述第三溶剂包括环丁砜、1、2?丙二醇、乙二醇独甲醚、N，N?二甲基乙酰胺中的一种或多种；所述溶质包括己二酸铵、己二酸、丁二酸铵、甲酸铵中全部四种。

2.根据权利要求1所述的超低温铝电解电容器用的电解液，其特征在于：所述消氢剂包括对硝基苯甲酸、对硝基苯甲酸铵、对硝基苯甲醚中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的超低温铝电解电容器用的电解液，其特征在于：所述高温稳定剂包括甘露醇、柠檬酸、磷酸及其盐类中的一种或多种。

4.一种超低温铝电解电容器用的电解液的制备方法，其特征在于：制备权利要求1?3任一所述的超低温铝电解电容器用的电解液，其方法如下：S1：将第一溶剂与第二溶剂混合均匀，并加热至40?65℃，恒温5?15min；

S2：往S1中的混合溶液中加入第三溶剂，并加热至75?90℃，恒温20?40min；

S3：接着再加入溶质和高温稳定剂，并加热至100?110℃，恒温50?70min；

S4：降温至80?90℃加入消氢剂，并恒温25?35min；

S5：降温至60℃以下获得超低温电解液。

5.根据权利要求4所述的超低温铝电解电容器用的电解液的制备方法，其特征在于：S1、将第一溶剂43％乙二醇和第二溶剂22％水混合，加热至50℃保温10min；

S2、往S1中的混合溶液中加入第三溶剂8％1、2?丙二醇，继续加热至85℃，保温30min；

S3、接着再加入溶质：13％己二酸铵、2％己二酸、2％丁二酸铵、2％甲酸铵，高温稳定剂

4％甘露醇、1％柠檬酸、1.5％磷酸氢二铵，继续加热至105℃，保温60min；

S4、接着降温至85℃，加入1.5％对硝基苯甲酸铵，保温30min；

S5、降温至60℃以下获得超低温电解液。

说明书：一种超低温铝电解电容器用的电解液及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于铝电解电容器技术领域，具体涉及一种超低温铝电解电容器用的电解液及其制备方法。

背景技术[0002] 电容器作为电子线路上的一个常用器件，起着滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用，而铝电解电容器是电容器最特殊也是最关键的元器件，在用电器中有着广泛的应用，

可以说，没有铝电解电容器，就没有用电器多样化和强大的功能。

[0003] 由于用电器的应用范围非常广泛，特别是北方冬天温度极低，对铝电解电容器的使用提出了严酷的要求，其中起决定作用的就是其中的液态电解质(行内一般称为电解

液)。普通电解液生产的铝电解电容器，一般只能适用于?40℃以上的工作环境，在?40℃以

下的超低温环境，特别是在?55℃左右时，电容器的容量极低，主要原因是其中的电解液在

超低温环境中会冻结，或者由于电解液的电阻变得极大，而失去了电容器的基本功能，导致

用电器无法启动等。而现有的部分铝电解电容器采用GBL体系铝电解液，电解液由于电阻率

较大，生产出来的电容器常温下性能较差；其次，GBL对橡胶有极强的腐蚀性(能溶解普通橡

胶)，必须通过特殊材料和制作工艺，才能达到基本的密封性能，增加了电容器总体成本；其

三，GBL体系电解液制作工艺难度极大等问题。

发明内容[0004] 为了解决上述铝电解电容器用的电解液在超低温条件下，电阻率大，铝电解电容器容量小，用电器无法启动，常温和超低温条件性能较差，易腐蚀封口橡胶，寿命严重缩短，

成本高，工艺难度极大等问题，本发明提供一种超低温铝电解电容器用的电解液及其制备

方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种超低温铝电解电容器用的电解液，包括下列质量百分比的原料，第一溶剂40?50％、第二溶剂20?30％、第三溶剂5?10％、

溶质1?15％、添加剂0.5?5％，所述添加剂包括消氢剂、高温稳定剂中的一种或多种。

[0006] 进一步的，第一溶剂包括乙二醇。[0007] 进一步的，第二溶剂包括水。[0008] 进一步的，第三溶剂包括环丁砜、1、2?丙二醇、乙二醇独甲醚、N，N?二甲基乙酰胺中的一种或多种。

[0009] 进一步的，溶质包括己二酸铵、己二酸、丁二酸铵、甲酸铵中的一种或多种。[0010] 进一步的，消氢剂包括对硝基苯甲酸、对硝基苯甲酸铵、对硝基苯甲醚中的一种或多种。

[0011] 进一步的，高温稳定剂包括甘露醇、柠檬酸、磷酸及其盐类中的一种或多种。[0012] 一种超低温铝电解电容器用的电解液的制备方法，[0013] S1：将第一溶剂与第二溶剂混合均匀，并加热至40?65℃，恒温5?15min；[0014] S2：往S1中的混合溶液中加入第三溶剂，并加热至75?90℃，恒温20?40min；[0015] S3：接着再加入溶质和高温稳定剂，并加热至100?110℃，恒温50?70min；[0016] S4：降温至80?90℃加入消氢剂，并恒温25?35min；[0017] S5：降温至60℃以下获得超低温电解液。[0018] 进一步的，高温稳定剂的质量百分比为0.5?2％。[0019] 进一步的，消氢剂的质量百分比为0.5?2.5％。[0020] 本发明提供一种超低温铝电解电容器用的电解液，包括下列质量百分比的原料，第一溶剂40?50％、第二溶剂20?30％、第三溶剂5?10％、溶质1?15％、添加剂0.5?5％，所述

添加剂包括消氢剂、高温稳定剂中的一种或多种，使得该超低温电解液具有如下优点：

[0021] 1、在?55℃～105℃之间可以正常使用，且不冻结，电阻率变化小；[0022] 2、在常温条件下将该超低温电解液应用于铝电解电容器，铝电解电容器的性能优良，达到目前行内通用的高频低阻产品水平，损耗角或ESR达到GBL体系电解液的一半以下，

产品发热少，自耗能源少；

[0023] 3、对普通橡胶不产生腐蚀，密封性能良好，寿命更稳定，不需增加额外的材料及工艺成本；

[0024] 4、组成材料常见，成本较低；配制工艺简易，适合大批量生产和使用。附图说明[0025] 图1为超低温铝电解电容器用的电解液的制备方法流程图。具体实施方式[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0027] 一种超低温铝电解电容器用的电解液，包括下列质量百分比的原料，第一溶剂40?50％、第二溶剂20?30％、第三溶剂5?10％、溶质1?15％、添加剂0.5?5％，所述添加剂包括消

氢剂、高温稳定剂中的一种或多种。

[0028] 其中溶剂的作用为溶解电解质，对电解质电离，并且在最高使用温度下蒸汽压低，在最低使用温度下不冻结；在超低温条件下仍然能让电解质电离导电。因此，对于溶剂的选

择，需使得超低温电解液的必须适用在?55℃条件下不冻结，而这个温度已超出了目前行内

绝大多数溶剂的凝固点，如第一溶剂乙二醇的凝固点为?12.6℃，第二溶剂水的凝固点为0

℃等，虽然说两者混合后，凝固点会明显下降，但其电离作用也明显下降，就是导电性能显

著变差，达不到目标要求，因此必须增加更低凝固点的溶剂，才能达到超低温条件下电离能

力较强的溶剂，第三溶剂从环丁砜、1、2?丙二醇、乙二醇独甲醚或N，N?二甲基乙酰胺中选

择；

[0029] 对于溶质的选择，主要是选择适用超低温电解液的电解质，比如己二酸铵、己二酸、丁二酸铵、甲酸铵等，主要作用是在溶剂中能容易电离，且受到温度影响因素较小，但是

上述溶质必须搭配使用，否则易出现导电性能、寿命、或者在超低温条件下电阻率明显增

大，达不到超低温条件使用等问题。

[0030] 对于添加剂的选择，添加剂主要有消氢剂，高温稳定剂等，消氢剂性能较为单一，种类一般也不会太多，比如对硝基苯甲酸、对硝基苯甲酸铵、对硝基苯甲醚等；但高温稳定

剂种类较多，单独使用效果也不是很理想，大多数场合都是多种搭配使用，主要有甘露醇、

柠檬酸、磷酸及其盐类等，选一种或多种搭配。

[0031] 实施例一[0032] 如图1所示，为了制备上述的超低温铝电解电容器用的电解液，其制备方法如下：[0033] S1：将第一溶剂与第二溶剂混合均匀，并加热至40?65℃，恒温5?15min；[0034] S2：往S1中的混合溶液中加入第三溶剂，并加热至75?90℃，恒温20?40min；[0035] S3：接着再加入溶质和高温稳定剂，并加热至100?110℃，恒温50?70min；[0036] S4：降温至80?90℃加入消氢剂，并恒温25?35min；[0037] S5：降温至60℃以下获得超低温电解液。[0038] 即将40?50％乙二醇和20?30％水混合，加热至50℃保温10min；接着加入5?10％环丁砜，继续加热至85℃，保温30min；再加入8?15％己二酸铵、1?3％己二酸、3?5％甘露醇、

0.5?2％柠檬酸、0.5?2％磷酸二氢铵、1?3％丁二酸铵、1?3％甲酸铵，继续加热至105℃，保

温60min；接着降温至85℃，加入0.5?2.5％对硝基苯甲酸，保温30min；最后再继续降温至60

℃以下获得超低温电解液A。

[0039] 优选地，乙二醇45％、水25％、环丁砜7％、己二酸铵10％、己二酸2.5％、甘露醇2％、柠檬酸1％、磷酸二氢铵2％、丁二酸铵2％、甲酸铵1.5％、对硝基苯甲酸2％，获得的超

低温电解液A。

[0040] 实施例二[0041] 将43％乙二醇和22％水混合，加热至50℃保温10min；接着加入8％1、2?丙二醇，继续加热至85℃，保温30min；再加入13％己二酸铵、2％己二酸、4％甘露醇、1％柠檬酸、1.5％

磷酸氢二铵、2％丁二酸铵、2％甲酸铵，继续加热至105℃，保温60min；接着降温至85℃，加

入1.5％对硝基苯甲酸铵，保温30min；最后再继续降温至60℃以下获得超低温电解液B。

[0042] 实施例三[0043] 将45％乙二醇和25％水混合，加热至50℃保温10min；接着加入9％乙二醇独甲醚，继续加热至85℃，保温30min；再加入8％己二酸铵、1.5％己二酸、3％甘露醇、1.5％柠檬酸、

2％磷酸氢二铵、3％丁二酸铵、2％甲酸铵，继续加热至105℃，保温60min；接着降温至85℃，

保温30min；最后再继续降温至60℃以下获得超低温电解液C。

[0044] 实施例四[0045] 将48％乙二醇和26％水混合，加热至50℃保温10min；接着加入5％N，N?二甲基乙酰胺，继续加热至85℃，保温30min；再加入8％己二酸铵、2％己二酸、3％甘露醇、1％柠檬

酸、1％磷酸、2％丁二酸铵、1.5％甲酸铵，继续加热至105℃，保温60min；接着降温至85℃，

加入2.5％对硝基苯甲醚，保温30min；最后再继续降温至60℃以下获得超低温电解液D。

[0046] 实施例五[0047] 将上述实施例一至四获得的超低温电解液A、B、C、D与国内知名厂家的电解液进行性能测试对比，通过对比可知该超低温电解液优于国内知名厂家的成熟电解液，其主要表

面在以下两个方面：1)超低温电解液闪火电压(耐压)明显较高；2)超低温电解液使用在铝

电解电容器中?55℃性能优良；而国内对比电解液只能达到?40℃性能合格，且在超低温?55

℃条件下，产品性能劣化，即电容器阻抗较大，容量较小，该对比参数见下表：

[0048][0049] 实施例六[0050] 铝电解电容器的制作[0051] 将上述实施例一至四获得的超低温电解液A、B、C、D与国内知名厂家的电解液采用相同的材料(电解液除外)，相同的制作工艺生产铝电解电容器，该铝电解电容器的制作工

艺按现有公知的技术进行生产，此处将不再一一说明，其中本实施的铝电解电容器的生产

规格为：16470μF、、尺寸8*11；生产铝电解电容器的主要材料及其规格如下：阳极箔21F?

2 2

69μF/cm 、阴极箔2F?270μF/cm 、电解纸S255?40、导针12082?2823、胶塞Φ7.3、铝壳8*

11.3、套管Φ8?PET以及上述五种电解液；

[0052] 铝电解电容器的性能测试[0053] 在相同条件下对比测量上述5种电解液制作的铝电解电容器，在常温、低温条件下进行参数测量。通过测量可知：在?40℃～20℃的阻抗比，5种电解液差别不明显；但在?55℃

条件下，对比电解液性能迅速劣化，阻抗比达到23倍左右，容量也下降了64％左右。而超低

温电解液A、B、C、D在?55℃～20℃条件下的阻抗比，都在标准以内，容量变化率也要小得多，

特别是电解液B和电解液C的配方，在?55℃～20℃条件下的阻抗比，与标准之间还有一定的

空间，容量衰减也还在?20％左右(国标未对容量变化作规定，只对阻抗比有作要求)。因此，

从数据来看电解液B的配方效果最好，对比数据见下表(Z表示阻抗，C/C％表示损耗率)：

[0054][0055] 本发明的超低温铝电解电容器用的电解液在?55℃下不冻结，电阻率变化小，对普通橡胶不产生腐蚀，密封性能良好，寿命更稳定，不需增加额外的材料及工艺成本，适合大

批量生产和使用；在常温条件下将该超低温电解液应用于铝电解电容器，铝电解电容器的

性能优良，可在?55℃～105℃之间正常使用，达到目前行内通用的高频低阻产品水平，损耗

角或ESR达到GBL体系电解液的一半以下，产品发热少，自耗能源少。

[0056] 上述仅为本发明的优选具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。