本發(fā)明涉及固體電容器技術領域，尤其涉及一種電容器芯包及其制備方法和一種固體鋁電解電容器。
背景技術：
固體鋁電解電容器是一種以固態(tài)導電高分子作為電容介電材料的電容器。固體鋁電解電容器由于比液態(tài)鋁電解電容器電性能更穩(wěn)定，具有更低等效串聯(lián)電阻(esr)，高耐紋波電流，高低溫特性優(yōu)良，壽命長等優(yōu)勢而得到了廣泛的運用。
現(xiàn)有技術中制造固體鋁電解電容器的方法主要采用電解紙作隔膜，接著對芯包進行高溫碳化處理。然而，這種制備方法不僅制程復雜，一般還需要較高的溫度，通常在200℃以上，不利于降低能耗。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種電容器芯包及其制備方法和一種固體鋁電解電容器，本發(fā)明提供的方法制程簡單，無需進行高溫碳化，節(jié)約能源。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：
本發(fā)明提供了一種電容器芯包的制備方法，包含如下步驟：
(1)將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與隔膜材料層疊設置，然后卷繞成芯包；
所述隔膜材料為電解紙或者為電解紙和無紡布；
其中，將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與電解紙層疊設置為將電解紙夾于陽極化成鋁箔和陰極鋁箔中間，設置成三層夾心狀態(tài)；
將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與電解紙和無紡布層疊設置時，所述芯包的展開狀態(tài)從上至下順次為陽極化成箔、無紡布、陰極箔和電解紙；
(2)將所述芯包在化成液中進行正極氧化膜化成修復處理，得到化成芯包；
(3)將所述化成芯包含浸聚乙烯醇溶液，得到一級含浸芯包；
(4)將所述步驟(3)得到的一級含浸芯包含浸單體和氧化劑，得到二級含浸芯包；
所述單體為吡咯或3,4-乙撐二氧噻吩；
(5)將所述步驟(4)得到的二級含浸芯包進行聚合，得到電容器芯包。
優(yōu)選的，所述化成液為己二酸銨水溶液；
所述化成液的質量濃度為1～8％；
所述步驟(2)中化成修復處理的時間為30～180min。
優(yōu)選的，所述聚乙烯醇溶液的濃度為0.1～4wt％；
所述步驟(3)中含浸的時間為1～20min。
優(yōu)選的，所述氧化劑為過硫酸銨、對甲苯磺酸鐵或苯磺酸鐵。
優(yōu)選的，所述單體和氧化劑的質量比為1:(3～7)。
優(yōu)選的，所述聚合順次包含一級聚合、二級聚合和三級聚合，所述三級聚合的溫度高于二級聚合的溫度，所述二級聚合的溫度高于一級聚合的溫度。
優(yōu)選的，所述一級聚合的溫度為30～60℃，所述一級聚合的時間為1～4h；
所述二級聚合的溫度為30～60℃，所述二級聚合的時間為1～4h。
優(yōu)選的，所述三級聚合的溫度為105～180℃，所述三級聚合的時間為1～3h。
本發(fā)明還提供了一種上述技術方案任意一項所述制備方法得到的電容器芯包，包含陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與隔膜材料層疊、卷繞得到的卷狀基材和在所述卷狀基材表面和內部摻雜的聚吡咯或聚3,4-乙撐二氧噻吩；
所述隔膜材料為電解紙或者為電解紙和無紡布。
本發(fā)明還提供了一種固體鋁電解電容器包括電容器芯包、鋁殼和橡膠塞，所述電容器芯包為上述技術方案所述電容器芯包。
本發(fā)明提供了一種電容器芯包及其制備方法和一種固體鋁電解電容器。本發(fā)明提供的電容器芯包的制備方法操作簡單，無需進行高溫碳化，節(jié)約能源。此外，本發(fā)明得到的電容器具有高電容量、低損耗率、低esr值的特征。根據實施例的結果可知，本實施例得到的電容器的電容為316～320uf，遠遠高于比較例的電容160～165uf；損耗率僅僅為1.0～1.2％，遠遠低于比較例的2.2～2.6％；esr值為10～11毫歐，遠遠低于比較例的16～18毫歐；1分鐘的漏電流為15～30ua。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種電容器芯包的制備方法，包含如下步驟：
(1)將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與隔膜材料層疊設置，然后卷繞成芯包；
所述隔膜材料為電解紙或者為電解紙和無紡布；
其中，將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與電解紙層疊設置為將電解紙夾于陽極化成鋁箔和陰極鋁箔中間，設置成三層夾心狀態(tài)；
將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與電解紙和無紡布層疊設置時，所述芯包的展開狀態(tài)從上至下順次為陽極化成箔、無紡布、陰極箔和電解紙；
(2)將所述芯包在化成液中進行正極氧化膜化成修復處理，得到化成芯包；
(3)將所述化成芯包含浸聚乙烯醇溶液，得到一級含浸芯包；
(4)將所述步驟(3)得到的一級含浸芯包含浸單體和氧化劑，得到二級含浸芯包；
所述單體為吡咯或3,4-乙撐二氧噻吩；
(5)將所述步驟(4)得到的二級含浸芯包順次進行一級聚合、二級聚合和三級聚合，得到電容器芯包。
本發(fā)明將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與隔膜材料層疊設置，然后卷繞成芯包。在本發(fā)明中，所述隔膜材料為電解紙或者為電解紙和無紡布。在本發(fā)明中，將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與電解紙層疊設置具體的為將電解紙夾于陽極化成鋁箔和陰極鋁箔中間，設置成三層夾心狀態(tài)。在本發(fā)明中，將陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與電解紙和無紡布層疊設置時，所述芯包的展開狀態(tài)從上至下順次為陽極化成箔、無紡布、陰極箔和電解紙；所述芯包以陽極化成箔為卷芯進行卷繞。
本發(fā)明對所述陽極化成鋁箔和陰極鋁箔的種類和來源沒有任何的特殊要求，采用本領域技術人員熟知種類和來源的市售的陽極化成鋁箔和陰極鋁箔即可。本發(fā)明對所述陽極化成鋁箔和陰極鋁箔的厚度沒有任何的特殊要求，采用本領域所常用厚度的陽極化成鋁箔和陰極鋁箔的即可，具體的為市售的陽極化成鋁箔和陰極鋁箔的產品厚度。在本發(fā)明的具體實施例中，所述陽極化成鋁箔采用日本jcc公司(化成)電壓為10vf、比容為230μf/cm2、厚度為115μm的化成鋁箔；陰極鋁箔采用日本東洋公司的碳箔，厚度30μm。
本發(fā)明對所述電解紙和無紡布的來源沒有任何的特殊要求，采用本領域技術人員所熟知來源的電解紙和無紡布即可，具體的如市售的電解紙和無紡布。在本發(fā)明中，所述無紡布優(yōu)選為聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)無紡布；所述無紡布的厚度優(yōu)選為12～60μm，更優(yōu)選為20～50μm，最優(yōu)選為30～40μm；所述無紡布的密度優(yōu)選為10～45g/m2，更優(yōu)選為15～40g/m2，最優(yōu)選為20～30g/m2。在本發(fā)明中，所述無紡布和電解紙的層數(shù)均優(yōu)選為1層，也即所述陽極化成鋁箔和陰極鋁箔之間設置1層電解紙或者1層電解紙和1層無紡布。
在本發(fā)明中，所述芯包的卷繞優(yōu)選通過雙紙槽釘卷機實現(xiàn)；當在陽極化成鋁箔和陰極鋁箔之間設置電解紙時，所述雙紙槽釘卷機的兩個紙槽均裝電解紙；當在陽極化成鋁箔和陰極鋁箔之間設置電解紙和無紡布時，所述雙紙槽釘卷機中的一個紙槽裝無紡布，一個紙槽裝電解紙。本發(fā)明對所述雙紙槽釘卷機卷繞芯包的具體實施方式沒有任何的特殊要求，按照本領域技術人員所熟知的方法進行即可。
卷繞成芯包后，本發(fā)明將所述芯包在化成液中進行正極氧化膜化成修復處理，得到化成芯包。在本發(fā)明中，所述化成液優(yōu)選為己二酸銨水溶液；所述化成液的質量濃度優(yōu)選為1～8％，更優(yōu)選為2～6％，最優(yōu)選為3～5％。
本發(fā)明優(yōu)選將所述芯包浸沒于化成液中，對芯包施加直流電流，進行所述正極氧化膜化成修復處理。在本發(fā)明中，所述步驟(2)中化成修復處理的時間優(yōu)選為30～180min，更優(yōu)選為50～150min，最優(yōu)選為70～120min；所述步驟(2)中化成修復處理的溫度優(yōu)選為35～55℃，更優(yōu)選為40～50℃，最優(yōu)選為45℃；所述化成修復處理過程施加的電流優(yōu)選為1～3a，更優(yōu)選為2a。在本發(fā)明中，所述化成修復處理能夠修復陽極化成鋁箔的氧化膜，降低其產品漏電流。
本發(fā)明優(yōu)選對所述化成修復處理得到的芯包順次進行水洗和干燥，得到干燥的化成芯包。本發(fā)明對所述水洗的具體實施方式沒有任何特殊要求，采用本領域技術人員所常用的水洗方式進行即可。本發(fā)明對所述干燥的溫度和時間沒有任何的特殊要求，能夠將芯包中的水分去除干凈即可。
得到化成芯包后，本發(fā)明將所述化成芯包含浸聚乙烯醇溶液，得到一級含浸芯包。在本發(fā)明中，所述聚乙烯醇溶液的濃度優(yōu)選為0.1～4wt％，更優(yōu)選為0.5～3wt％，最優(yōu)選為1～2wt％；所述步驟(3)中含浸的時間優(yōu)選為1～20min，更優(yōu)選為5～15min，最優(yōu)選為10～13min。在本發(fā)明中，所述含浸優(yōu)選在室溫下進行。在本發(fā)明中，所述含浸聚乙烯醇溶液過程未發(fā)生任何的化學變化，所述pva能夠很好的吸附在鋁箔上，以促進最后電容器容量的增加。
得到一級含浸芯包后，本發(fā)明將步驟(3)得到的一級含浸芯包含浸單體和氧化劑，得到二級含浸芯包。在本發(fā)明中，所述含浸單體和氧化劑具體的可以為先含浸單體后再含浸氧化劑，或者先含浸氧化劑后再含浸單體，或者同時含浸包含單體和氧化劑的混合物。在本發(fā)明中，所述單體優(yōu)選為吡咯或3,4乙撐二氧噻吩(edot)；所述氧化劑優(yōu)選為過硫酸銨或對甲苯磺酸鐵或苯磺酸鐵。在本發(fā)明中，所述單體和氧化劑的質量比優(yōu)選為1:(3～7)，更優(yōu)選為1:(4～6)，最優(yōu)選為1:5。
在本發(fā)明中，當分別含浸單體和氧化劑時，所述含浸單體具體的為含浸單體溶液；所述單體溶液的溶劑優(yōu)選為甲醇或乙醇；所述單體溶液的質量濃度優(yōu)選為20～40％，更優(yōu)選為25～30％。在本發(fā)明中，單獨含浸單體時的含浸時間優(yōu)選為1～20min，更優(yōu)選為2～15min，最優(yōu)選為3～10min。
在本發(fā)明中，當分別含浸單體和氧化劑時，含浸氧化劑具體的為含浸氧化劑溶液；所述氧化劑溶液的溶劑優(yōu)選為水、正丁醇、甲醇或乙醇；所述氧化劑溶液的質量濃度優(yōu)選為40～75％，更優(yōu)選為45～71％，最優(yōu)選為45～68％。在本發(fā)明中，單獨含浸氧化劑時的含浸時間優(yōu)選為1～20min，更優(yōu)選為2～15min，最優(yōu)選為3～10min。
在本發(fā)明中，所述同時含浸單體和氧化劑具體的為含浸包含單體和氧化劑的混合溶液；所述混合溶液中氧化劑的質量濃度優(yōu)選為50～75％，更優(yōu)選為55～70％，最優(yōu)選為60～65％；所述混合溶液中單體的質量濃度優(yōu)選為80～100％，更優(yōu)選為90～99％，最優(yōu)選為95～98％。在本發(fā)明中，同時含浸單體和氧化劑時的含浸時間優(yōu)選為1～20min，更優(yōu)選為2～15min，最優(yōu)選為3～10min。
得到二級含浸芯包后，本發(fā)明將步驟(4)得到的二級含浸芯包進行聚合得到電容器芯包，優(yōu)選將所述二級含浸芯包順次進行一級聚合、二級聚合和三級聚合。在本發(fā)明中，所述一級聚合的溫度優(yōu)選為30～60℃，更優(yōu)選為35～55℃，最優(yōu)選為40～50℃；所述一級聚合的時間優(yōu)選為1～4h，更優(yōu)選為1～2h；所述二級聚合的溫度優(yōu)選為30～60℃，更優(yōu)選為35～55℃，最優(yōu)選為38～45℃；所述二級聚合的時間優(yōu)選為1～4h，更優(yōu)選為2～3h；所述三級聚合的溫度優(yōu)選為105～180℃，更優(yōu)選為120～160℃，最優(yōu)選為130～150℃；所述三級聚合的時間優(yōu)選為1～3h，更優(yōu)選為2h。在本發(fā)明中，所述一級聚合的溫度優(yōu)選的低于二級聚合的溫度。本發(fā)明對所述一級聚合和二級聚合之間的時間間隔和升溫速率，以及所述二級聚合和三級聚合之間的時間間隔和升溫速率沒有特殊限定，可以按照任意的時間間隔和升溫速率進行。
在本發(fā)明中，所述一級聚合過程單體和氧化劑在較低溫度發(fā)生化學反應，以得到低等效串聯(lián)電阻(esr)值；二級聚合過程在較高溫度下提高反應速度，讓單體充分聚合，形成更多的導電高分子進一步降低esr值，溫度太低，反應速度慢，時間長不利于提高生產效率，溫度過高，esr值大，不良品增多；三級聚合過程使得化學反應在短時間內全部完成，并讓化學溶劑完全揮發(fā)。在本發(fā)明中，所述電容器芯包具體的為聚吡咯芯包或者聚3,4-乙撐二氧噻吩芯包。
本發(fā)明還提供了一種上述技術方案任意一項所述制備方法得到的電容器芯包，包含陽極化成鋁箔、陰極鋁箔與隔膜材料層疊、卷繞得到的卷狀基材和在所述卷狀基材表面和內部摻雜的聚吡咯或聚3,4-乙撐二氧噻吩；所述隔膜材料為電解紙或者為電解紙和無紡布。在本發(fā)明中，所述電容器芯包的結構為由上文的制備方法所得到的特定結構，在此不再進行贅述。
本發(fā)明還提供了一種固體鋁電解電容器，包括電容器芯包、鋁殼和橡膠塞，所述電容器芯包為上述技術方案所述電容器芯包。在本發(fā)明中，所述電容器優(yōu)選的由所述電容器芯包、鋁殼和橡膠塞按照常規(guī)的組裝方法進行組立密封。
下面結合實施例對本發(fā)明提供的電容器芯包及其制備方法和一種固體鋁電解電容器進行詳細的說明，但是不能把它們理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。
實施例1
通過鋁電解電容器專用生產設備雙紙槽釘卷機將陽極化成鋁箔、陰極箔和1層pet無紡布以及一層電解紙卷成電容器芯包，芯包的展開狀態(tài)從上至下順次為陽極化成箔、無紡布、陰極箔和電解紙。卷芯包時，以無紡布和電解紙為卷芯，陰極箔長度大于陽極化成鋁箔長度，且無紡布和電解紙的總長度比陽極化成鋁箔和陰極鋁箔重疊部分長度長。用萬用表抽檢1000個芯包，無短路不良。
將卷繞好的芯包放入3wt％已二酸銨水溶液中，施加直流電壓的電流為2a，化成液溫度45℃，化成1小時。
將化成后的芯包用純水清洗20分鐘再烘干，含浸質量濃度為0.2％的pva水溶液20min。
將烘干后的芯包含浸60wt％對甲苯磺酸鐵乙醇溶液和edot單體的混合液，對甲苯磺酸鐵和edot質量比為5:1。
將含浸好的芯包進行分段加溫聚合：第一段聚合溫度為40℃，時間1小時；第二段聚合溫度為60℃，時間2小時；第三段聚合溫度為150℃，時間2小時，使單體充分聚合形成導電高分子層，并讓乙醇溶液揮發(fā)完。
將聚合反應后的芯包用鋁殼和橡膠塞進行組立密封，得到電容器。
將組立后的電容器產品老化測試分選，再經過外觀檢查后包裝，具體過程：以電容的額定電壓的60％的直流電壓，溫度125℃條件下老化20分鐘，再逐步按額定電壓20％增加，時間20分鐘分段老化，最高電壓不超過陽極化成鋁箔電壓的80％。
實施例2
通過鋁電解電容器專用生產設備雙紙槽釘卷機將陽極化成鋁箔、陰極箔和1層pet無紡布以及一層電解紙卷成電容器芯包，芯包的展開狀態(tài)從上至下順次為陽極化成箔、無紡布、陰極箔和電解紙。卷芯包時，以無紡布和電解紙為卷芯，陰極箔長度大于陽極化成鋁箔長度，且無紡布和電解紙的總長度比陽極化成鋁箔和陰極鋁箔重疊部分長度長。用萬用表抽檢1000個芯包，無短路不良。
將卷繞好的芯包放入3wt％己二酸銨水溶液中，施加直流電壓電流為2a，化成液溫度45℃，化成1小時。
將化成后的芯包用純水清洗20分鐘再烘干，含浸質量濃度為3％的pva水溶液20min。
將烘干后的芯包含浸60wt％對甲苯磺酸鐵乙醇溶液和edot單體的混合液，對甲苯磺酸鐵和edot質量比為5:1。
將含浸好的芯包進行分段加溫聚合：第一段聚合溫度為40℃，時間1小時；第二段聚合溫度為60℃度，時間2小時；第三段聚合溫度為150℃，時間2小時，使單體充聚合形成導電高分子層，并讓乙醇溶液揮發(fā)完。
將聚合反應后的芯包用鋁殼和橡膠塞進行組立密封，得到電容器。
將組立后的電容器產品老化測試分選，再經過外觀檢查后包裝，具體過程：以電容的額定電壓的60％的直流電壓，溫度125℃條件下老化20分鐘，再逐步按額定電壓20％增加，時間20分鐘分段老化，最高電壓不超過陽極化成鋁箔電壓的80％。
實施例3
通過鋁電解電容器專用生產設備雙紙槽釘卷機將陽極化成鋁箔、陰極箔和2個紙槽各裝一層電解紙卷成電容器芯包，電解紙介于陽極化成鋁箔和陰極箔之間。卷芯包時，以電解紙為卷芯，陰極箔長度大于陽極化成鋁箔長度，且電解紙總長度比陽極化成鋁箔和陰極鋁箔重疊部分長度長。用萬用表抽檢1000個芯包，無短路不良。
將卷繞好的芯包放入3wt％已二酸銨水溶液中，施加直流電壓電流為2a，化成1小時。
將化成后的芯包用純水清洗20分鐘再烘干，含浸質量濃度為3％的pva水溶液20min。
將烘干后的芯包含浸60wt％對甲苯磺酸鐵乙醇溶液和edot單體的混合液，對甲苯磺酸鐵和edot質量比為5:1。
將含浸好的芯包進行分段加溫聚合：第一段聚合溫度為40℃，時間1小時；第二段聚合溫度為60℃度，時間2小時；第三段聚合溫度為150℃，時間2小時，使單體充聚合形成導電高分子層，并讓乙醇溶液揮發(fā)完。
將聚合反應后的芯包用鋁殼和橡膠塞進行組立密封，得到電容器。
將組立后的電容器產品老化測試分選，再經過外觀檢查后包裝，具體過程：以電容的額定電壓的60％的直流電壓，溫度125℃條件下老化20分鐘，再逐步按額定電壓20％增加，時間20分鐘分段老化，最高電壓不超過陽極化成鋁箔電壓的80％。
比較例1
通過鋁電解電容器專用生產設備雙紙槽釘卷機將陽極化成鋁箔、陰極箔和1層pet無紡布以及一層電解紙卷成電容器芯包，芯包的展開狀態(tài)從上至下順次為陽極化成箔、無紡布、陰極箔和電解紙。卷芯包時，以無紡布和電解紙為卷芯，陰極箔長度大于陽極化成鋁箔長度，且無紡布和電解紙的總長度比陽極化成鋁箔和陰極鋁箔重疊部分長度長。用萬用表抽檢1000個芯包，無短路不良。
將卷繞好的芯包放入3wt％已二酸銨水溶液中，施加直流電壓電流為2a，化成液溫度45℃，化成1小時。
將化成后的芯包含浸60wt％對甲苯磺酸鐵乙醇溶液和edot單體的混合液，對甲苯磺酸鐵和edot質量比為5:1。
將含浸好的芯包進行分段加溫聚合：第一段聚合溫度為40℃，時間1小時；第二段聚合溫度為60℃度，時間2小時；第三段聚合溫度為150℃，時間2小時，使單體充聚合形成導電高分子層，并讓乙醇溶液揮發(fā)完。
將聚合反應后的芯包用鋁殼和橡膠塞進行組立密封，得到電容器。
將組立后的電容器產品老化測試分選，再經過外觀檢查后包裝，具體過程：以電容的額定電壓的60％的直流電壓，溫度125℃條件下老化20分鐘，再逐步按額定電壓20％增加，時間20分鐘分段老化，最高電壓不超過陽極化成鋁箔電壓的80％。
上述實施例和比較例得到的電容器在120hz頻率的電容量和損耗，100khz頻率下的esr值測定值，以及漏電流為6.3v測定值如表1所示。
表1實施例和比較例電容器的性能測試值
由表1可知，本發(fā)明實施例1～3得到的電容器的電容為316～320uf，遠遠高于比較例的電容160～165uf；損耗率僅僅為1.0～1.2％，遠遠低于比較例的2.2～2.6％；esr值為10～11毫歐，遠遠低于比較例的16～18毫歐；1分鐘的漏電流為15～30ua。
由以上實施例可知，本發(fā)明提供了一種電容器芯包及其制備方法和一種固體鋁電解電容器。本發(fā)明提供的電容器芯包的制備方法操作簡單，無需進行高溫碳化，節(jié)約能源。此外，本發(fā)明得到的電容器具有高電容量、低損耗率、低esr值的特征。根據實施例的結果可知，本實施例得到的電容器的電容為316～320uf，遠遠高于比較例的電容160～165uf；損耗率僅僅為1.0～1.2％，遠遠低于比較例的2.2～2.6％；esr值為10～11毫歐，遠遠低于比較例的16～18毫歐；1分鐘的漏電流為15～30ua。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。