2023年铝电解电容器原材料的纯度对铝电解电容器耐久性的影响.doc

铝电解电容器原材料的纯度对铝电解电容器 耐久性的影响 　　：为满足整机对铝电解电容器提出的105℃ 2 000 h及105℃ 5 000 h高可靠性要求，从溶质纯度、吸氢剂纯度以及电容器材料含水量等方面进行实验，研究了其对电容器耐久性的影响。实验结果说明，所用原材料的纯度及含水量均是影响铝电解电容器耐久性的重要因素。 　　关键词：铝电解电容器　工作电解液　材料纯度　耐久性　含水量　烘干处理 　　电容器耐久性的进一步提高受限于诸多因素：阴、阳极铝箔，电解纸，工作电解液，密封材料(零部件)等等。以往工作电解液的研究主要是针对溶剂、溶质、各组分含量、反响机理以及根底性质等项目进行。传统观点认为：耐久性试验中寿命短或耐高温性能差都归因于电解液配方不合理；或认为溶剂、溶质组分选择不当；或认为某一组分含量不适宜。通过反复试验研究发现，以上各因素固然重要，但各组分的纯度更不可无视。对组分、含量完全相同的配方，在其他条件〔电容器芯子、老练工艺等〕也相同的情况下，往往由于某一组分纯度不同，效果会截然不同，尤其是上限工作温度提高到105℃以后，耐久性试验中寿命的长短相差很大。 1　实验与结果分析 1.1　溶质纯度对电容器耐久性的影响 　　为了研制节能灯用400V 105℃ 2 000 h的高压铝电解电容器，从而进行105℃电解液的研究。溶剂选用乙二醇为主溶剂，壬二酸氢铵为主溶质，为改善电容器的频率特性，降低电容器损耗角正切值，选用了一种副溶质〔本文简称JAA〕，其他条件完全相同的情况下，选用不同厂家生产的纯度不同的JAA，以相同比例进行试验比照。比照数据参见表1、表2、表3。 表1　实验方案比照表 实验号 JAA的标称纯度 w/% 材料来源 1 电容器级 1.5 国内A厂 2 电容器级 1.5 进口分装 3 非标准级 1.5 国内A厂产品(自制提纯) 4 化学纯 1.5 国内B厂 由表可见，JAA的纯度对电容器质量和耐久性的影响，最为明显的是A厂生产的JAA产品，尽管其标称纯度是电容器级，但配成电解液制成的1号产品常规性能就不理想，因此在高温贮存和耐久性试验后早期失效是可以预见的。但同样是A厂生产的JAA，经过提纯后配成的3号电解液，其电容器的常规性能和耐久性结果均良好，显示了JAA作为副溶质有效的作用。假设只进行1号试验，不进行提纯比照，就会掩盖JAA的真实效用，难以得到这个系列的优良配方。 表2　高温贮存前后性能比照表〔平均值〕 编号 贮　存　前 105℃贮存500 h C/μF tgδ I0/μA I1/μA 1 9.76 0.235 210 1 650 2 10.16 0.226 39 131 3 10.1 0.22 39 120 4 10.38 0.22 36 154 注：测试条件：1.容量测试频率为1 kHz；2.漏电流是410 V 10 s的读数；3.测试温度为22℃。 表3　耐久性试验前后性能比照 编号 0 h测试 105℃，500 h后测试 105℃，1 000 h后测试 C0/μF tgδ0 I0/μA C1/μF tgδ1 I1/μA C2/μF tgδ2 I2/μA 1 10.23 0.23 217 9.54 0.44 130 — 0.58 无 2 10.1 0.22 34 9.41 0.42 30 9.02 0.89 30 3 10.36 0.2 36 9.65 0.363 32 9.2 0.78 37 4 10.73 0.225 36 10.07 0.42 40 — 0.45 无 注：1.表中1号产品500 h耐久性试验后已经有3只炸开,数据为其余7只的平均值。2.1号和4号产品1 000 h耐久性试验后各有8只和4只产品无容量,求平均值无意义。3.I2中的漏电流“无〞表示电容器已开路，测不出漏电流。 　　4号配方所用B厂生产的JAA，虽然标称纯度不是电容器级，但制成电容器后其常规性能，贮存性能良好，且耐久性试验中500 h后电性能参数也很好。然而进行1 000 h试验却发生失效，其原因，笔者认为还是由于JAA中杂质过多引起了早期失效。杂质的影响为什么发生在耐久性试验后期这是由于杂质离子对氧化膜的破坏是一个长期的过程。在强电场作用下阳极会发生杂质阴离子的富集，只有在一定时间后杂质阴离子到达一定量时，该处氧化膜在高温下便被击穿，腐蚀便由此开始，直到氧化膜断裂引起早期失效。 1.2　吸氢剂纯度对耐久性的影响 　　同样是上述电解液系列，针对不同纯度的吸氢剂进行了比照试验。表4中5号、6号、7号三种配方用吸氢剂〔二硝基苯酚〕是属不同厂家生产，其余组分、含量和工艺完全相同，对产品进行耐久性试验后，　比照结果参见表4。　耐久性试验500 h后测试结果无异常，没列入表中。从表4可见，吸氢剂纯度对电容器耐久性影响很大，其原因仍是杂质离子的破坏作用。值得注意的是：许多厂家以为吸氢剂用量极少〔一般在1/1 000以下〕，就忽略纯度的要求，有时甚至采用生产年代久远的添加剂。这些做法都会影响电容器的耐久性和可靠性。 表4　耐久性试验前后性能比照 实　验　号 0h测试 105℃，1000h后测试 备　　注 C0/μF tgδ0 I0/μA C1/μF tgδ1 I1/μA 耐久性试验后 5 10.69 0.271 38 8.92 1.1 45 无一只失效 6 10.32 0.238 36 8.9 0.95 120 4只产品失效 7 10.15 0.283 35 8.3 1.42 65 3只产品失效 注：耐久性试验后，6号中4只产品底部鼓且电容量为零，数据为其余6只平均值；7号中2只产品电容量为零，另有1只炸开，表中数据为其余7只的平均值。 1.3　电容器材料含水量对耐久性的影响 　　研究过程中还发现：电容器所用的原材料〔如铝箔、电解纸等〕的潮湿度对电容器耐久性也有影响。笔者曾制造E、F两组电容器，电解液和电容器芯子相同，从中各抽取10只产品同时开始105℃耐久性试验。E组产品在800 h即有6只失效；F组产品在1 200 h后测量其电参数仍在标准范围内，且无一只失效。分析造成差异之原因是：E组芯子在浸渍前未进行烘干处理，且在阴雨天组装；而F组芯子那么进行过烘干处理，温度为105℃，时间为2 h。 　　干的电容器芯子吸收了许多潮气，潮气中含有水分和各种杂质，在高温105℃下必然使电容器寿命缩短。 2　结论和几点建议 　　(1)电解液用化工材料的纯度对电容器耐久性影响极大，国内普通的电容器级化工材料用于85℃系列根本可以满足要求，要应用于105℃系列，尚有大量工作待做。电容器的高可靠性有赖于原材料的高纯化。 　　(2)国内生产化工材料的企业，关于材料对电容器质量的影响知之甚少。电容器厂家在进行化工材料定点时，除了进行纯度检验外，还必须经过耐久性考核。 　　(3)电容器所用的原材料〔包括铝箔、电解纸、化工原料〕，只要有一种材料杂质稍多，即影响电容器的耐久性，尤其是高压105℃ 系列产品。 　　(4)电解液中各种改善性能的添加剂，宜少不宜多，尤其当纯度得不到保证时。尽管其含量极少，对高温耐久性影响也极大。 　　(5)电容器芯子的枯燥工艺对耐久性也有影响。因此保持生产场所适宜的温度、湿度以及无尘是很重要的，这一点中小型企业应引起重视。否那么，就要以牺牲产品质量为代价。 　　 3　参考文献 　[1]　林学清.宽温小体积铝电解电容器用工作电解液.见：电子工业部阻容元件专业情报网编.阻容元件专业委员会第十届学术年会论文集.成都：中国电子学会元件分会电子元件阻容专委会，1996：47～52 　[2]　陈仙兵，陈圣修.电子镇流器用铝电解电容器.见：中国照明学会编.1998照明灯用电器附件配套电子元器件科技研讨会论文集.南京：中国照明学会，1998：16～20 陈锁斌 新疆众和股份技术中心