一种超薄型大容量叠片式铝电解电容器及其制备方法与流程

本发明涉及一种铝电解电容器，尤其涉及一种超薄型大容量叠片式铝电解电容器及其制备方法。
背景技术：
：传统铝电解电容器多采用卷绕型芯包，在含浸过后，利用铝壳、橡胶塞等配件组立成型。随着电子产品的微型化和扁平化，传统的圆柱型铝电解电容器在空间利用率上并无优势而且还制约了电子产品的微型、扁平化发展趋势。在制作大容量内串产品的过程中，由于采用的是几个单元电容器串联的结构，所以做出来的产品厚度较大，同时工艺也比较繁琐。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种拥有较高容量密度、耐纹波能力强并且拥有更大扇热面积的超薄型大容量叠片式铝电解电容器。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种超薄型大容量叠片式铝电解电容器，包括外壳和芯包；所述芯包密封在外壳内；所述芯包包括阳极箔、阴极箔和电解纸，所述电解纸Z字形折叠后将阳极箔和阴极箔分别夹在电解纸的两边，保证两块阳极箔之间有一块阴极箔隔离，两块阴极箔之间有一块阳极箔隔离；所述阴极箔和阳极箔之间用电解纸隔离。上述的超薄型大容量叠片式铝电解电容器，优选的，所述阳极箔和阴极箔上分别固定有阳极导箔条和阴极导箔条，将多个阳极导箔条用超声焊接装置焊接在一起；所述外壳为铝塑膜，所述芯包通过真空塑封密封在铝塑膜内。本发明中，用超声波焊接能够实现无接触焊接，防止芯包的污染，并且超声波焊接的操作性好，焊接点可靠性高，不会出现虚焊等现象。上述的超薄型大容量叠片式铝电解电容器，优选的，所述阴极箔的有效长度为单个阳极箔长度的整数倍，并且阴极箔随电解纸一起进行Z字形折叠。阴极箔的有效长度即为阳极箔正对着阴极箔面积的长度，阴极箔的实际长度为阳极箔长度的总和加上弯折的长度；在裁切的时候阴极箔宽度略大于阳极箔，电解纸宽度略大于阴极箔。本发明中，将阴极箔采取整片裁切，再通过折叠将阳极箔夹在中间层，在折叠的时候阴极箔和电解纸可以一起折叠，电解纸也可采用整体裁切的方式；这样既能对阳极箔起到一定的固定作用，又由于阴极箔仅有一根导箔条引出容量，改良了电容器结构，提高了电容器性能。上述的超薄型大容量叠片式铝电解电容器，优选的，所述芯包内部以及芯包与铝塑膜之间形成有凝胶状电解液；所述凝胶状电解液为溶液体系和溶液体系在引发剂的引发下聚合得到的凝胶状高分子化合物；所述溶液体系和溶液体系的混合配比为1:4-4:1；所述溶液体系包括85%-95%聚合单体、2%-20%交联剂和0.1%-10%引发剂，所述聚合单体为含有双键的化合物或者是可开环进行聚合的丙烯酸及其衍生物；所述引发剂包括热引发剂或者光引发剂，所述热引发剂包括过氧化氢、过硫酸盐和氢过氧化物的一种或多种；所述光引发剂包括photoinitiator184、photoinitiator907、photoinitiator1173、photoinitiator369和二苯基乙酮的一种或多种。本发明中用独特的凝胶电解液，故传统的叠加的方式，每一片阴、阳极箔均有导箔条引出容量，导致导箔条叠加处厚度较大，在叠层聚合时影响内部凝胶电解质的分布均匀程度，从而影响电容器的容量、DF、ESR等电气性能。而本发明中，阴极箔上只有一根阴极导箔条，凝胶电解纸的分布均匀。本发明使用的热引发剂为水溶性、无机类、中温型，可以均匀的溶解到电解液的溶剂中，可以得到均匀的凝胶态电解液，有效避免了其他类型引发剂不能均匀溶解到电解液溶剂中带来的局部聚合不充分、电容器内部短路等风险。热引发剂均匀的分散到溶剂中，在加热的情况下热引发剂自身发生分解，断裂，形成两个初始自由基，继而引发单体自由基发生聚合反应，得到的聚合体系的粘度比本体聚合低，混合和散热比较容易，生产操作和温度都易于控制，还可利用溶剂的蒸发以排除聚合热。常用的有机过氧化物聚合引发剂（例如：α,α`-偶氮二异丁腈）在其自身发生分解反应产生自由基的同时会产生氮气而以在凝胶内部包裹气泡的状态进行固化，由于气泡的存在，难以得到均匀的凝胶状高分子。本发明中，热引发剂分子含有弱键，通过加热分解产生两个初级自由基，初级自由基接着引发单体产生自由基从而发生链引发反应发生聚合反应从而形成凝胶态。如图1所示为过硫酸盐引发剂加热分解成自由基的示意图。聚合过程中引发作用分为以下几步:(1)引发剂在水相中分解成初始自由基；(2)初始自由基在水相（电解液在配制过程中甚至在配制完成后都会有水的存在）中引发聚合；(3)水相中的初始自由基单体扩散到乳胶粒中或单体液滴中；(4)自由基在乳胶粒中引发聚合，生成高分子聚合物，使得乳胶粒不断长大。第一阶段一一乳胶粒生成期。从开始引发聚合,直至乳化剂形成的胶束消失,聚合速率递增。水相中产生的自由基扩散进入胶束内，进行引发、增长，不断形成乳胶粒,同时水相中单体也可以引发聚合,吸附乳化剂分子形成乳胶粒。随着引发聚合的继续进行，增溶胶束不断成核,乳胶粒不断增多或增大，当单体转化率15%左右，胶束全部消失，不再形成新的乳胶粒，以后引发聚合完全在乳胶粒内进行。第二阶段一一恒速期。胶束消失后,聚合进入第二阶段。链引发、增长和终止反应继续在乳胶粒内进行，液滴仍起着仓库的作用,不断向乳胶粒供应单体。乳胶粒中单体浓度保持不变，加上乳胶粒数恒定,这一阶段的聚合速率也基本一定。单体转化率达50%左右，液滴全部消失，单体全部进入乳胶粒，开始转入第三阶段。第三阶段一一降速期。乳胶粒内由单体和聚合物两部分组成，水中的自由基可以继续扩散到乳胶粒引发或终止，但单体再无补充来源，聚合速率将随乳胶粒内单体浓度的降低而降低，直至聚合完成。光引发剂是一类在紫外光区（250-420nm）或可见光区（400-800nm）吸收一定波长的能量，产生自由基、阳离子等从而引发单体聚合交联固化的化合物本发明采用的是自由基聚合光引发剂中的裂解型光引发剂，即引发剂分子吸收光能后，跃迁至激发单线态，经系间窜跃到激发三线态，在其激发单线态或三线态，分子结构呈不稳定状态，其中弱键会发生均裂产生初级活性自由基，引发聚合。光引发剂分子吸收光能后，由基态变成激发态分子发生NorrishΙ反应，羰基和相邻碳原子之间的共价键拉长、弱化、断裂、生成初级自由基。X-Y-------(X…Y)`-------X`+Y`光引发剂吸收UV灯的波长后释放初级自由基从而引发单体发生自由基链式聚合反应，活性自由基与不饱和官能团反应形成新的分子结构时，中心碳原子上可形成叔碳自由基，其能使原来的加成反应逆向进行或裂解聚合物原始的交联结构，再生成一个以碳原子为中心的自由基，即可逆加成、加成物断裂以及链转移反应。整个过程类都是一个双键打开和另一个双键的生成，在通过添加交联剂使得交联剂的官能基团与树脂聚合物交联链发生自由基介导的聚合反应，促使聚合物网状结构的交联链重新排列，使得原先的聚合收缩应力得以释放，且反应发生在整个聚合反应的过程中，从而得到交联密度适中，力学性能良好的凝胶态电解质。上述的超薄型大容量叠片式铝电解电容器，优选的，所述单体包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一种或多种。上述的超薄型大容量叠片式铝电解电容器，优选的，所述交联剂包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一种或多种。交联剂为凝胶态电解质的共聚单体，通过添加量的变化可以控制得到的聚合产物的性状，粘度、硬度。上述的超薄型大容量叠片式铝电解电容器，优选的，所述溶液体系为光引发系列或热引发系列；所述热引发系列包括45%-65%的热引发系列主溶剂、15%-25%的热引发系列辅助溶剂、8-25%的热引发系列主溶质、2%-5%的热引发系列副溶质以及0.5%-3%的热引发系列添加剂；所述热引发系列主溶剂可以为乙二醇，所述热引发系列辅助溶剂包括水、甘油、丙三醇、丙二醇和1，4-丁二醇的一种或多种；所述热引发系列主溶质包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸铵、癸二酸铵、1,7-癸二酸铵、异癸二酸铵、烷基癸二酸铵、十二双酸铵、2-己基己二酸的一种或多种；所述热引发系列副溶质包括硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸单丁酯、五硼酸铵、苯二酸、对苯二酸、柠檬酸的一种或多种，通过添加副溶质来提高电解液的电导率；所述热引发系列添加剂包括硝基化合物，包括对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚或对硝基苯甲醇、次亚磷酸铵的一种或多种。本发明的热引发系列的主溶剂具备以下的特征1、物理化学性能稳定；2、拥有较低的凝固点和较高的沸点；3、对所选用的溶质或添加剂有较高的溶解度；4、不和铝箔发生腐蚀等化学反应；5、价格相对低廉。主溶剂往往很难同时兼备上述性能，需要添加辅助溶剂来改善相关性能，本发明中选用介电常数较大，高低温性能优良的辅助溶剂，一方面可以改善主溶剂高低温特性，另一方面，两种不同溶剂体系相互作用，有利于提高溶剂化作用，增大溶质的溶解度和电离度。热引发系列中辅助添加剂包括防水合剂和消氢剂，其中防水合剂，如：次亚磷酸铵能够抑制铝氧化膜发生水合作用，延长电容器使用寿命，消氢剂，如：对对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚能够吸收电解液修补氧化膜过程中在阴极产生的氢气，从而有效避免电容器底突、开阀等不良状况。上述的超薄型大容量叠片式铝电解电容器，优选的，所述光引发系列包括65%-80%的光引发系列溶剂、8%-25%的光引发系列主溶质、2%-20%的光引发系列副溶质和0.5%-10%的光引发系列PH调节剂，所述光引发系列溶剂包括醇类溶剂、酯类溶剂和醚类溶剂的一种或多种，所述光引发系列主溶质包括辛二酸、癸二酸、壬二酸、1,6-癸烷二羧酸、马来酸铵、马来酸氢铵和苯甲酸铵的一种或多种；所述光引发系列副溶质包括乙二酸、丙二酸、己二酸、己二酸铵、水杨酸、水杨酸铵、谷氨酸和谷氨酰胺的一种或多种，通过添加副溶质来提高电解液的电导率；所述光引发系列PH调节剂包括乙二胺、三乙胺、三乙醇胺和植酸的一种或多种。上述的超薄型大容量叠片式铝电解电容器，优选的，所述醇类溶剂包括乙二醇、正丁醇、丙三醇、一缩二乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和二甘醇的一种或多种；所述酯类溶剂包括γ-丁内酯、δ-戊内酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯的一种或多种；所述醚类溶剂包括乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、二甘醇单丁醚、乙二醇二甲醚和正丁醚的一种或多种。一种超薄型大容量叠片式铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤，1）用电容器卷绕机，连续的将导箔条冲压钉铆到阴极箔和阳极箔上；2）利用裁切工具将阴极箔、阳极箔和电解纸裁切至预设尺寸；裁切出来的阳极箔上的阳极导箔条离阳极箔一边的距离为阳极箔宽度的1/4；3）折叠固定，将阴极箔进行折叠，并且将阳极箔夹在中间层从而形成芯包，保证两块阳极箔之间有一块阴极箔隔离，两块阴极箔之间有一块阳极箔隔离；所述阴极箔和阳极箔之间用电解纸隔离；4）制备溶液体系和溶液体系，并将溶液体系和溶液体系按照1:4-4:1的比例搅拌混合均匀，搅拌时间为10-30分钟；4.1）所述溶液体系的配制包括光引发系列的配制和热引发系列的配制，所述热引发系列的配制方法为将主溶剂和辅助溶剂混合并加热到90-120摄氏度，加入主溶质和副溶质，在110-140摄氏度的温度下保温30-60分钟，冷却到100摄氏度加入添加剂，并冷却至室温；所述光引发系列的配制为将所选用的溶剂混合加热到90-120摄氏度，加入所选用的主溶质和副溶质，在110-140摄氏度保温30-60分钟，冷却到100摄氏度后，加入添加剂，并且冷却至室温；4.2）所述溶液体系的配制为将所选用的单体和交联剂依次加入到配液槽中，混合搅拌均匀后，加入引发剂，搅拌30-50分钟；5）运用真空含浸的方法将步骤3）中的芯包含浸溶液体系和溶液体系的混合溶液；6）在UV灯的照射下或者在温度为65℃~105℃的烘箱内进行固化，所述烘箱内固化的时间为20分钟-4小时；所述UV灯的照射时间为5秒-5分钟；7）将步骤6）中芯包上的阳极导箔条用超声焊接装置焊接在一起；8）用真空塑封机将步骤7）中的芯包真空密封在外壳内。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的超薄型大容量叠片式铝电解电容器采用新的折叠结构，保证电容器大容量设计要求的同时，极大的减少了电容器产品的厚度，同时也提高了产品的稳定性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明中过硫酸盐引发剂加热分解成自由基的示意图。图2为本发明中折叠结构的示意图。1、阳极箔；2、阴极箔；3、阳极箔导条；4、阴极箔导条；5、电解纸。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。实施例一种超薄型大容量叠片式铝电解电容器，包括外壳和芯包；芯包密封在外壳内；芯包包括阳极箔1、阴极箔2和电解纸5，电解纸5Z字形折叠后将阳极箔1和阴极箔2分别夹在电解纸5的两边，保证两块阳极箔1之间有一块阴极箔2隔离，两块阴极箔2之间有一块阳极箔1隔离；阴极箔2和阳极箔1之间用电解纸隔离。本发明中，阳极箔1和阴极箔2上分别固定有阳极导箔条3和阴极导箔条4，将多个阳极导箔条3用超声焊接装置焊接在一起；外壳为铝塑膜，芯包通过真空塑封在铝塑膜内。本发明中，阴极箔2的有效长度为单个阳极箔1长度的整数倍，并且阴极箔2随电解纸5一起折叠。在其他实施例中，阴极箔2和阳极箔1可以是差不多大小，芯包形成的具体操作方法是先将电解纸进行Z字形折叠，然后将阴极箔和阳极箔插入电解纸的两边。本发明中，芯包内部以及芯包与铝塑膜之间形成有凝胶状电解液；凝胶状电解液为溶液体系和溶液体系在引发剂的引发下聚合得到的凝胶状高分子化合物；溶液体系和溶液体系的混合配比为1:4-4:1；溶液体系包括85%-95%聚合单体、2%-20%交联剂和0.1%-10%引发剂，聚合单体为含有双键的化合物或者是可开环进行聚合的丙烯酸及其衍生物；引发剂包括热引发剂或者光引发剂，热引发剂包括过氧化氢、过硫酸盐和氢过氧化物的一种或多种；光引发剂包括photoinitiator184、photoinitiator907、photoinitiator1173、photoinitiator369和二苯基乙酮的一种或多种。本发明中，单体包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一种或多种。本发明中，交联剂包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一种或多种。本发明中，溶液体系为光引发系列或热引发系列；热引发系列包括45%-65%的热引发系列主溶剂、15%-25%的热引发系列辅助溶剂、8-25%的热引发系列主溶质、2%-5%的热引发系列副溶质以及0.5%-3%的热引发系列添加剂；热引发系列主溶剂可以为乙二醇，热引发系列辅助溶剂包括水、甘油、丙三醇、丙二醇和1，4-丁二醇的一种或多种；热引发系列主溶质包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸铵、癸二酸铵、1,7-癸二酸铵、异癸二酸铵、烷基癸二酸铵、十二双酸铵、2-己基己二酸的一种或多种；热引发系列副溶质包括硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸单丁酯、五硼酸铵、苯二酸、对苯二酸、柠檬酸的一种或多种；热引发系列添加剂包括硝基化合物，包括对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚或对硝基苯甲醇、次亚磷酸铵的一种或多种。本发明中，光引发系列包括65%-80%的光引发系列溶剂、8%-25%的光引发系列主溶质、2%-20%的光引发系列副溶质和0.5%-10%的光引发系列PH调节剂，光引发系列溶剂包括醇类溶剂、酯类溶剂和醚类溶剂的一种或多种，光引发系列主溶质包括辛二酸、癸二酸、壬二酸、1,6-癸烷二羧酸、马来酸铵、马来酸氢铵和苯甲酸铵的一种或多种；光引发系列副溶质包括乙二酸、丙二酸、己二酸、己二酸铵、水杨酸、水杨酸铵、谷氨酸和谷氨酰胺的一种或多种；光引发系列PH调节剂包括乙二胺、三乙胺、三乙醇胺和植酸的一种或多种。本发明中，醇类溶剂包括乙二醇、正丁醇、丙三醇、一缩二乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和二甘醇的一种或多种；酯类溶剂包括γ-丁内酯、δ-戊内酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯的一种或多种；醚类溶剂包括乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、二甘醇单丁醚、乙二醇二甲醚和正丁醚的一种或多种。本发明中，一种超薄型大容量叠片式铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤，1）用电容器卷绕机，连续的将导箔条冲压钉铆到阴极箔和阳极箔上；2）利用裁切工具将阴极箔、阳极箔和电解纸裁切至预设尺寸；裁切出来的阳极箔上的阳极导箔条离阳极箔一边的距离为阳极箔宽度的1/4；3）折叠固定，将阴极箔进行折叠，并且将阳极箔夹在中间层从而形成芯包，保证两块阳极箔之间有一块阴极箔隔离，两块阴极箔之间有一块阳极箔隔离；阴极箔和阳极箔之间用电解纸隔离；4）制备溶液体系和溶液体系，并将溶液体系和溶液体系按照1:4-4:1的比例搅拌混合均匀，搅拌时间为10-30分钟；4.1）溶液体系的配制包括光引发系列的配制和热引发系列的配制，热引发系列的配制方法为将主溶剂和辅助溶剂混合并加热到90-120摄氏度，加入主溶质和副溶质，在110-140摄氏度的温度下保温30-60分钟，冷却到100摄氏度加入添加剂，并冷却至室温；光引发系列的配制为将所选用的溶剂混合加热到90-120摄氏度，加入所选用的主溶质和副溶质，在110-140摄氏度保温30-60分钟，冷却到100摄氏度后，加入添加剂，并且冷却至室温；4.2）溶液体系的配制为将所选用的单体和交联剂依次加入到配液槽中，混合搅拌均匀后，加入引发剂，搅拌30-50分钟；5）运用真空含浸的方法将步骤3）中的芯包含浸溶液体系和溶液体系的混合溶液；6）在UV灯的照射下或者在温度为65℃~105℃的烘箱内进行固化，烘箱内固化的时间为20分钟-4小时；UV灯的照射时间为5秒-5分钟；7）将步骤6）中芯包上的阳极导箔条用超声焊接装置焊接在一起；8）用真空塑封机将步骤7）中的芯包真空密封在外壳膜内。实施例1溶液体系成分质量百分数乙二醇60%水10%甘油15%山梨醇5%五硼酸铵10%溶剂体系成分质量百分数丙烯酸85%甲基丙烯酸酯10%过硫酸铵5%热固化温度80℃-105℃，热固化时间30min-2h均可。实施例2溶剂体系成分质量百分数乙二醇60%水15%甘油15%苯甲酸铵5%水杨酸铵5%溶剂体系成分质量百分数丙烯酸85%甲基丙烯酸酯10%photoinitiator11735%光固化波长300nm，光固化时间30s-15min均可。当前第1页1 2 3