一种高可靠性的固态电解电容器及其制备方法与流程

1.本发明涉及固态电解电容器技术领域，具体而言，涉及一种高可靠性的固态电解电容器及其制备方法。


背景技术：

2.叠层式导电高分子聚合物固态铝电解电容采用高导电性的固态高分子聚合物作为阴极，具有高频低阻抗，优良的温度和频率特性，使用范围较广。然而，目前的叠层式导电高分子聚合物固态铝电解电容还具有如下缺陷：
3.1、由于普遍采用环氧树脂塑封，气密性较差，同时，高分子聚合物具有一定吸潮性，水汽会进入电容器芯子内部，导致产品容易失效；
4.2、在制备过程中，叠层式导电高分子聚合物固态铝电解电容器经过高温回流焊进行贴片时，芯子因高温膨胀，应力较大，制备出的产品会出现泄露电流大甚至短路等不稳定情况；
5.3、高压固态电容器生产时，随着电容器所需使用电压的增加，需要提升铝箔的耐压，以增强使用过程中固态电容器的耐压击穿能力，但随着目前固态电容器所需的使用电压越来越高，产品击穿风险越来高，可靠性得不到保证；
6.4、在传统固态电解电容器的工艺生产过程中，电容器上的导电介质皮膜会受到多次物理损伤或化学腐蚀，虽然经过多次电化学修复，但根本上解决不了氧化皮膜的损伤，从而导致电容器可靠性失效；
7.5、电容器在高温环境下，内部应力过大，损伤氧化皮膜，电容器也会出现短路、泄露电流过大，从而导致电容器可靠性失效。特别是，在高温高湿环境下，因高温水汽侵蚀，电容器氧化皮膜经受化学腐蚀，容易导致电容器可靠性失效。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种高可靠性的固态电解电容器，通过增设一层或多层耐高温密封填充层，显著提高固态电解电容器的可靠性。
9.本发明的另一目的在于提供一种前述高可靠性的固态电解电容的制备方法，通过在原有的导电层增设耐高温密封填充层，利用特定方法含浸制备一定厚度的耐高温密封填充层，使原有的固态电解电容器的可靠性得到显著提升，同时，制备工艺不涉及太过复杂的设备和流程，便于推广。
10.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
11.一方面，本技术实施例提供一种高可靠性的固态电解电容器，固态电解电容包括多个芯子，每个芯子包括铝芯层、三氧化二铝介质层和阴极层，所述三氧化二铝介质层、阴极层、芯子与芯子之间的缝隙层中至少有一层设置有耐高温密封填充层。
12.另一方面，一种前述高可靠性的固态电解电容的制备方法，包括如下步骤：将铝箔裁切后设置阻隔胶，区分阳极区和阴极区，将前述铝箔的一端作为阴极，浸入化成溶液修复
三氧化二铝介质层，化成后，在所述阴极设置导阴极层，得到芯子，将多层芯子叠放、组装后形成所述电容器，所述三氧化二铝介质层、阴极层、芯子与芯子之间的缝隙层中至少有一层设置耐高温密封填充层。
13.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
14.电容器单片芯子内部可分为铝芯层、三氧化二铝介质层和阴极层，阴极层由内到外可包括导电高分子聚合物层、导电石墨层和导电银浆层，单片芯子和引线框通过阳极焊接、阴极粘接从而形成多片芯子，在不同位置添加一层或多层耐高温密封填充层，如在三氧化二铝介质层、阴极层或者芯子与芯子之间设置耐高温密封填充层，或者导电高分子聚合物层、导电石墨层和导电银浆层上设置耐高温密封填充层，可以有效提升固态电解电容器的耐压能力，降低其电流泄露，或者防止水蒸汽进入阴极芯子中，使电容器耐高温和耐高湿的性能得到提升，进而显著提高固态电解电容器的可靠性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
16.图1是本发明实施例2中制备的高可靠性的固态电解电容中芯子的结构示意图；
17.图2是本发明实施例2中制备的高可靠性的固态电解电容的结构示意图；
18.图3是本发明实施例3中制备的高可靠性的固态电解电容中芯子的结构示意图；
19.图4是本发明实施例3和4中制备的高可靠性的固态电解电容的结构示意图。
20.图标：100-耐高温密封填充层；1-芯子；11-化成铝箔；12-三氧化二铝介质层；13-导电高分子聚合物层；14-导电石墨层；15-导电银浆层；16-隔离胶；2-负极端子；3-环氧树脂封装层；4-正极端子。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
23.一方面，本技术实施例提供一种高可靠性的固态电解电容器，固态电解电容包括多个芯子1，每个芯子1包括铝芯层、三氧化二铝介质层12和阴极层，阴极层包括导电高分子聚合物层13、导电石墨层14和导电银浆层15，所述三氧化二铝介质层12、导电高分子聚合物层13、导电石墨层14、导电银浆层15、芯子1与芯子1之间的缝隙层中至少有一层设置有耐高温密封填充层100。即三氧化二铝介质层12、导电高分子聚合物层13、导电石墨层14、导电银浆层15之间的缝隙层至少有一层设置有耐高温密封填充层100，此外芯子1与芯子1之间的缝隙层中也有可能设置耐高温密封填充层100，当芯子1与芯子1之间的缝隙层中设置有耐
高温密封填充层100时，前述各层之间可以不设置耐高温密封填充层100，也可以设置耐高温密封填充层100，且设置层数不限。
24.在本发明的一些实施例中，上述高可靠性的固态电解电容器，所述导电高分子聚合物层13、导电石墨层14和缝隙层设置有耐高温密封填充层100。
25.在本发明的一些实施例中，上述高可靠性的固态电解电容器，所述耐高温密封填充层100包括环氧树脂、uv树脂、硅树脂、硅氟树脂、硅酮树脂和氟树脂中的一种或多种。
26.在本发明的一些实施例中，上述高可靠性的固态电解电容器，所述耐高温密封填充层100的厚度为1nm～0.5mm。
27.另一方面，本技术实施例提供一种前述的高可靠性的固态电解电容的制备方法，包括如下步骤：将铝箔裁切后设置阻隔胶，区分阳极区和阴极区，将前述铝箔的一端作为阴极，浸入化成溶液修复三氧化二铝介质层12，化成后，在所述阴极设置阴极层，阴极层可以包括依次设置的导电高分子聚合物层13、导电石墨层14和导电银浆层15，得到芯子1，将多层芯子1叠放、组装后形成所述电容器，所述三氧化二铝介质层12、导电高分子聚合物层13、导电石墨层14、导电银浆层15、芯子1与芯子1之间的缝隙层中至少有一层设置耐高温密封填充层100。
28.在本发明的一些实施例中，上述制备方法中所述三氧化二铝介质层12上设置有耐高温密封填充层100，所述耐高温密封填充层100为硅树脂，制备所述耐高温密封填充层100含浸硅树脂溶液的时间为0.1～10min，含浸后干燥温度为150℃，干燥时间为30min。
29.在本发明的一些实施例中，上述制备方法中所述含浸硅树脂溶液的时间为5min。
30.在本发明的一些实施例中，上述制备方法中所述导电高分子聚合物层13上设置有耐高温密封填充层100，所述耐高温密封填充层100为氟树脂，制备所述耐高温密封填充层100时含浸后干燥温度为125℃，干燥时间为30min。
31.在本发明的一些实施例中，上述制备方法中所述芯子1与芯子1之间的缝隙层中设置有耐高温密封填充层100，所述耐高温密封填充层100为硅树脂，制备所述耐高温密封填充层100时含浸硅树脂溶液的时间为0.1～10min，含浸后干燥温度为150℃，干燥时间为30min。含浸时间优选为5min。
32.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
33.实施例1
34.本实施例的目的在于提供一种高可靠性的固态电解电容，固态电解电容包括多个芯子，每个芯子包括铝芯层(即化成铝箔11)、三氧化二铝介质层12、导电高分子聚合物层13、导电石墨层14和导电银浆层15，所述三氧化二铝介质层12、导电高分子聚合物层13、导电石墨层14、导电银浆层15、芯子1与芯子1之间的缝隙层中至少有一层设置有耐高温密封填充层100。
35.前述各导电层均由纳米级材料制备而成，耐高温密封填充层100厚度优选为1nm～0.5mm。耐高温密封填充层100的材料可选自环氧树脂、uv树脂、硅树脂、硅氟树脂、硅酮树脂和氟树脂中的一种或多种，只要能达到耐高温且能密封的效果即可，不限于前述举例的各类树脂，此外也不限于树脂，还可以是其他能达到耐高温、密封效果好(防水、防汽、耐击穿等)的材料，如天然橡胶、酚醛树脂、耐高温聚酰胺、硅胶和聚醚醚酮等。其中，氟树脂选自大金电子optoace wp-140/240系列、硅树脂选自美国chemtronics konform sr ctsr-hv1、uv
树脂选自科田电子。
36.实施例2
37.本实施例的目的在于提供一种高可靠性的高压叠层电容器的制备方法，尤其是一种高压叠层电容器的制备方法，包括如下步骤：
38.1.裁剪：
39.将化成铝箔11裁切成所需的尺寸，使用电阻焊的方法将裁切后的箔片焊接在不锈钢钢条上，每层化成铝箔11之间的距离相等；
40.2.阴阳极分区：
41.在每层化成铝箔11上均设置一道隔离胶16，该隔离胶16将化成铝箔11分成阴极区和阳极区，单层化成铝箔11上各位置的隔离胶16高度相等，每层化成铝箔11上的隔离胶16的高度相等；
42.3.化成：
43.将化成铝箔11浸渍在一定的浓度的磷酸或柠檬酸化成液中，通过施加直流电流和电压来修复化成铝箔11侧面氧化膜即三氧化二铝电介质层12；
44.4、制备耐高温密封填充层100：
45.在三氧化二铝电介质层12上制备一层耐高温密封填充层100，即将步骤3中修复后的化成铝箔11含浸硅树脂溶液，含浸时间为0.1～10min，含浸完后，取出加温至150℃干燥30min；
46.5.导电高分子聚合物层13：
47.将步骤4中干燥后的化成铝箔11的阴极反复含浸单体和氧化剂，使耐高温密封填充层100的阴极生长出致密、均匀的聚合物，形成导电高分子聚合物层13(阴极)；
48.6.导电石墨层14
49.在导电高分子聚合物层13上面涂覆导电石墨并将其固化，形成导电石墨层14；导电石墨层14固化后，再在导电石墨层14上面涂覆导电银浆并固化形成导电银浆层15，则得到芯子1；
50.7.根据设定的叠层层数，将所得芯子1的阳极区焊接于引线框的阳极上(正极端子4)，接着用导电粘接银膏将芯子1的阴极区粘接到引线框的阴极上(负极端子2)，将导电银膏固化后芯子1堆叠在一起形成电容器芯子。
51.8.将叠层完的电容器芯子用环氧树脂进行封装，制备环氧树脂封装层3，最终形成高压叠层电容器。
52.最终制备出的高压叠层电容器的结构如图1和2所示。随机选择10个依据本实施例提供的方法制备的高压叠层电容器，按照本领域常规方法测试这些电容器的耐压、容量、损耗、esr和lc性能，测试结果如表1所示：
53.表1
54.测试样品耐压/v容量/μf损耗/％esr/mωlc/μa116102.50.8518.616.1216103.30.8117.518.2316101.30.8817.815.3416101.80.8318.314.8
516103.60.8418.515.9616104.20.8618.417.3716103.20.8918.616.3816103.60.8817.615.2916102.80.8418.917.31016103.60.8518.518.3
55.由表1中数据可知，本实施例提供的高压叠层电容器由于在三氧化二铝电介质层12上填充了硅树脂材质的耐高温密封填充层100，耐压能力得到提升，泄露电流大幅度下降，同时增加了电容器的可靠性。
56.实施例3
57.本实施例的目的在于提供一种高可靠性的固态电解电容的制备方法，尤其是一种耐高温高湿电容器的制备方法，包括如下步骤：
58.1.裁剪：
59.将化成铝箔11裁切成所需的尺寸，使用电阻焊的方法将裁切后的箔片焊接在不锈钢钢条上，每层化成铝箔11之间的距离相等；
60.2.阴阳极分区：
61.在每层化成铝箔11上均设置一道隔离胶16，该隔离胶16将化成铝箔11分成阴极区和阳极区，单层化成铝箔11上各位置的隔离胶16高度相等，每层化成铝箔11上的隔离胶16的高度相等；
62.3.化成：
63.将化成铝箔11的阴极浸渍在一定的浓度的磷酸或硼酸化成液中，通过施加直流电流和电压来修复化成铝箔11侧面氧化膜即三氧化二铝电介质层12；
64.4.导电高分子聚合物层13：
65.将步骤3中得到的化成铝箔11的阴极反复含浸单体和氧化剂，使三氧化二铝电介质层12的阴极生长出致密、均匀的聚合物，形成导电高分子聚合物层13(阴极)，再含浸到单体中进行电化学聚合，最终形成双层的导电高分子聚合物层13(阴极)；
66.5.制备耐高温密封填充层100：
67.在步骤4中得到的化成铝箔11的双层的导电高分子聚合物层13上制备一层耐高温密封填充层100，即将步骤4中得到的化成铝箔11的阴极含浸氟树脂溶液，含浸完后，取出加温至125℃干燥30min；
68.6.导电石墨层14和导电银浆层15
69.在步骤5中得到的化成铝箔11的耐高温密封填充层100上涂覆导电石墨并将其固化，形成导电石墨层14；导电石墨层14固化后，再在导电石墨层14上面涂覆导电银浆并固化形成导电银浆层15，则得到芯子1；
70.7.根据设定的叠层层数，将所得芯子1的阳极区焊接于引线框的阳极上(正极端子4)，接着用导电粘接银膏将芯子1的阴极区粘接到引线框的阴极上(负极端子2)，将导电银膏固化后芯子1堆叠在一起形成电容器芯子；
71.8.制备耐高温密封填充层100：
72.将步骤7中得到的电容器芯子再次含浸硅树脂溶液，含浸时间为0.1～10min，含浸
完后，取出加温至150℃干燥30min；
73.9.将步骤8中再次含浸干燥后的电容器芯子用环氧树脂进行封装，制备环氧树脂封装层3，最终形成耐高温高湿电容器。
74.最终制备出的耐高温高湿电容器的结构如图3和图4所示。随机选择10个依据本实施例提供的方法制备的耐高温高湿电容器，按照本领域常规方法测试这些电容器的耐压、容量、损耗、esr和lc性能，测试结果如表2所示：
75.表2
76.测试样品耐压/v容量/μf损耗/％esr/mωlc/μa12.5460.31.254.210.122.5463.21.264.312.132.5462.31.324.213.242.5461.51.334.312.652.5462.51.324.212.562.5464.21.284.111.372.5434.51.264.310.682.5463.51.294.210.492.5464.21.324.312.5102.5463.61.354.211.3
77.由表2中数据可知，本实施例提供的耐高温高湿电容器由于在两层耐高温密封填充层100，同时芯子1和芯子1之间还设置有耐高温密封填充层100，阴极芯子得到保护，水蒸气难以进入到阴极芯子中，使电容器高温高湿可靠性得到了提升。此外，经过高温高湿(85℃，85％rh)1500h后，产品性能仍然处于良好状态，并没有失效。表明本实施例制备的耐高温高湿电容器耐高温高湿的性能较好。
78.实施例4
79.本实施例的目的在于提供一种高可靠性的固态电解电容的制备方法，制备过程如图1所示，包括如下步骤：
80.1.裁剪：
81.将化成铝箔11裁切成所需的尺寸，使用电阻焊的方法将裁切后的箔片焊接在不锈钢钢条上，每层化成铝箔11之间的距离相等；
82.2.阴阳极分区：
83.在每层化成铝箔11上均设置一道隔离胶16，该隔离胶16将化成铝箔11分成阴极区和阳极区，单层化成铝箔11上各位置的隔离胶16高度相等，每层化成铝箔11上的隔离胶16的高度相等；
84.3.化成：
85.将化成铝箔11的阴极浸渍在一定的浓度的磷酸或柠檬酸化成液中，通过施加直流电流和电压来修复化成铝箔11侧面氧化膜即三氧化二铝电介质层12；
86.4.导电高分子聚合物层13：
87.将化成铝箔11的阴极用化学聚合、电化学聚合或物理涂敷方法在三氧化二铝电介质层12上制备导电高分子聚合物层13作为阴极；化学聚合具体是通过循环浸渍氧化剂和单
体，并在一定的环境条件下生长成致密、均匀的聚合物；可根据实际情况使用其他的一些方法生成导电高分子聚合物；
88.5.导电石墨层14
89.在导电高分子聚合物层13上面涂覆导电石墨并将其固化，形成导电石墨层14；导电石墨层14固化后，再在导电石墨层14上面涂覆导电银浆并固化形成导电银浆层15，则得到芯子1；
90.6.根据设定的叠层层数，将所得芯子1的阳极区焊接于引线框的阳极上(正极端子4)，接着用导电粘接银膏将芯子1的阴极区粘接到引线框的阴极上，将导电银膏固化后芯子1堆叠在一起形成电容器芯子(负极端子2)；
91.7.将步骤6中得到的电容器芯子含浸硅树脂溶液，含浸时间为0.1～10min，含浸完后，取出加温至150℃干燥30min；
92.8.将步骤7中干燥后的电容器芯子用环氧树脂进行封装，制备环氧树脂封装层3，最终形成耐高温电容器。
93.最终制备出的耐高温电容器的结构如图4所示。随机选择10个依据本实施例提供的方法制备的高压叠层电容器，按照本领域常规方法测试这些电容器的耐压、容量、损耗、esr和lc性能，测试结果如表3所示：
94.表3
95.测试样品耐压/v容量/μf损耗/％esr/mωlc/μa12321.21.566.88.922325.21.586.47.832324.31.626.76.842323.21.596.56.952322.51.486.68.262324.31.526.78.672323.51.566.57.582323.81.486.97.392324.91.516.87.4102323.71.536.48.2
96.由表3中数据可知，本实施例提供的耐高温电容器由于在芯子1和芯子1之间上填充了硅树脂材质的耐高温密封填充层100，电容器芯子得到高温保护，经过高温回流焊时，芯子内部可以抵抗高温形变，从而提升电容器高温可靠性。
97.综上所述，本发明提供的高可靠性的固态电解电容的制备方法，电容器单片芯子内部可分为铝芯层(化成铝箔11)、三氧化二铝介质层12、导电高分子聚合物层13、导电石墨层14、导电银浆层15，单片芯子和引线框通过阳极焊接、阴极粘接从而形成多片芯子，在不同位置添加一层或多层耐高温密封填充层100，可以有效提升固态电解电容器的耐压能力，降低其电流泄露，或者防止水蒸汽进入阴极芯子中，使电容器耐高温和耐高湿的性能得到提升，进而显著提高固态电解电容器的可靠性。
98.以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施
例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。