рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом

Классы МПК:H01G9/035 жидкие электролиты, например пропитывающие материалы
H01G9/145 конденсаторы с жидким электролитом
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Элеконд" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-05-13
публикация патента:

Изобретение относится к производству алюминиевых электролитических конденсаторов. Техническим результатом изобретения является создание электролита и конденсатора на его основе с номинальным напряжением 100÷300 В и рабочим диапазоном температур от -60 до +105°С. Согласно изобретению рабочий электролит для конденсатора содержит, мас.%: лактон 40-80, амид 10-40, дикарбоновая кислота или ее аммонийная соль 3-16, третичный алифатический амин 2-12, борная кислота 0,5-10, многоатомный спирт 0-12, ароматическое нитросоединение 0-6, бензил 0-6, бензойная кислота 0-6 и деионизованная вода 0-6. Способ приготовления рабочего электролита включает смешивание растворителей между собой и нагрев до 40°С, при постоянном перемешивании, введение остальных кмпонент, кроме амина, и перемешивание до полного растворения, добавление амина и доведение смеси при постоянном перемешивании до конечной температуры нагрева электролита 130±5°С. После этого электролит принудительно охлаждают до 30°С в течение примерно 15 минут со скоростью 4-7°С/мин, и скорость мешалки составляет 50-80 об./мин. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348

Формула изобретения

1. Рабочий электролит для конденсатора на номинальные напряжения 100-350 В и рабочие температуры от минус 60 до 105°С, в состав которого входят лактон; амид; дикарбоновая кислота или ее аммонийная соль; третичный алифатический амин; борная кислота, а также, при необходимости, такие добавки, как многоатомный спирт, ароматическое нитросоединение, бензил и/или бензойная кислота, деионизованная вода, отличающийся тем, что в электролите лактон занимает 40-80 мас.%, амид - 10-40 мас.%, дикарбоновая кислота или ее аммонийная соль - 3-16 мас.%, амин - 2-12 мас.%, борная кислота - 0,5-10 мас.%, спирт - 0-12 мас.%, нитросоединение - 0-6 мас.%, бензил - 0-6 мас.%, бензойная кислота - 0-6 мас.%, деионизованная вода - 0-6 мас.%.

2. Рабочий электролит по п.1, отличающийся тем, что дикарбоновую кислоту выбирают из ряда таких кислот, как янтарная, додекандикарбоновая, тридекандикарбоновая, итаконовая, малеиновая, адипиновая, азелаиновая, себациновая, причем последняя предпочтительна.

3. Рабочий электролит по п.1, отличающийся тем, что лактон выбирают из ряда: рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -валеролактон, рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -валеролактон, рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -бутиролактон, причем последний предпочтителен.

4. Рабочий электролит по п.1, отличающийся тем, что амид выбирают из ряда: метилформамид, диметилацетамид, диэтилформамид, диметилформамид, причем последний предпочтителен.

5. Рабочий электролит по п.1, отличающийся тем, что многоатомный спирт выбирают из ряда: глицерин, 2-метоксиэтанол, диэтиленгликоль, его монометиловый или моноэтиловый эфир, триэтиленгликоль, этиленгликоль, причем последний предпочтителен.

6. Рабочий электролит по п.1, отличающийся тем, что третичный алифатический амин выбирают из ряда: триэтаноламин, триэтиламин, трибутиламин, этилдиизопропиламин, причем последний предпочтителен.

7. Рабочий электролит по п.1, отличающийся тем, что в качестве ароматического нитросоединения применяют нитроацетофенон, нитроанизол, причем последний предпочтителен.

8. Рабочий электролит по п.1, отличающийся тем, что величина pH электролита составляет 6-8.

9. Способ приготовления рабочего электролита для конденсатора на номинальные напряжения 100-350 В и рабочие температуры от минус 60 до 105°С, заключающийся в том, что сначала растворители смешивают между собой и нагревают, постоянно перемешивая, затем вводят остальные компоненты, кроме амина, и перемешивают их до полного растворения, а затем добавляют амин и, постоянно перемешивая, нагревают смесь до конечной температуры нагрева электролита, после чего электролит принудительно охлаждают, отличающийся тем, что температура нагрева смешанных растворителей составляет 40°С, не выше, конечная температура нагрева электролита - 130±5°С, температура, до которой охлаждают электролит - 30°С, не выше, время охлаждения примерно 15 мин и обеспечивается равномерный набор температуры со скоростью 4-7°С/мин и перемешивание при скорости мешалки 50-80 об./мин.

10. Алюминиевый электролитический конденсатор на номинальные напряжения 100-350 В и рабочие температуры от минус 60 до 105°С, представляющий собой конденсаторный элемент, полученный путем намотки из катодной и анодной алюминиевой фольги с прокладкой из конденсаторных бумаг, пропитанный рабочим электролитом и помещенный в алюминиевый корпус, выходное отверстие в котором закрывается крышкой с уплотнительным резиновым элементом, отличающийся тем, что рабочий электролит имеет состав по п.1 и приготовлен способом по п.9.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству изделий электронной техники, конкретно к производству алюминиевых электролитических конденсаторов, в частности, с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС), работающих при повышенных номинальных напряжениях от 100 до 350 В в интервале рабочих температур от минус 60 до 105°С.

Рабочий электролит (далее - электролит), в котором прохождение электрического тока осуществляется за счет движения ионов и сопровождается электролизом, обеспечивает работоспособность конденсатора при определенных номинальных напряжениях в определенном интервале рабочих температур, а также номинальный ток пульсации, срок службы конденсатора. К рабочему электролиту предъявляются различные, зачастую противоречащие друг другу требования:

- высокая собственная проводимость;

- малые изменения проводимости во всем интервале рабочих температур;

- хорошая формующая способность - для подформовки анода, т.е. быстрого образования при тренировке конденсатора на алюминиевом фольговом аноде диэлектрической пленки оксида алюминия по кромкам и микротрещинам, образовавшимся при порезке фольги и намотке конденсаторного элемента;

- высокое напряжение искрения, выражающего начинающийся процесс анодного пробоя электролита, а в последующем и конденсатора, которое должно быть всегда заведомо больше напряжения формовки, которое, в свою очередь, должно быть больше номинального напряжения конденсатора;

- стабильные характеристики при максимальной рабочей температуре;

- отсутствие реакций взаимодействия с алюминием, оксидом алюминия и другими элементами конденсатора;

- стабильность параметров при хранении в нормальных условиях (НУ);

- низкие токсичность и воспламеняемость.

При этом электролит должен быть химически совместим с материалом сепаратора (прокладки), например конденсаторной бумагой, и с остальными материалами, из которых выполнены элементы конденсатора, в частности с анодной алюминиевой пластиной и оксидом алюминия. Система электролит-прокладка-оксид должна обеспечивать

хорошую впитываемость прокладочных конденсаторных бумаг;

стабильность характеристик конденсаторного элемента после пропитки;

отсутствие растравливания оксида алюминия электролитом.

Основными компонентами электролита являются ионообразующие вещества (ионогены), органические и неорганические кислоты и их соли, но они редко применяются непосредственно в том виде, как они есть. Как правило, они требуют растворения в подходящем растворителе, чтобы произошла электролитическая диссоциация с образованием ионов и получился электролит с нужной величиной вязкости.

Из кислот могут использоваться монокарбоновые (нонановая, олеиновая, стеариновая) и дикарбоновые кислоты (янтарная, адипиновая, азелаиновая, себациновая, додекандикарбоновая, тридекандикарбоновая), а также ортофосфорная, борная кислоты, бензойная кислота (или бензоат аммония). Борная кислота улучшает формующую способность электролита.

Для средне- и высоковольтных конденсаторов в качестве растворителей могут использоваться лактоновые и амидные растворители. Электролиты на основе лактоновых растворителей позволяют средне- и высоковольтным конденсаторам достигать высокой надежности и большого срока эксплуатации, однако нижняя граница рабочей температуры конденсаторов с такими электролитами ограничена, как правило, величиной минус 55°С. Электролиты на основе амидных растворителей позволяют достичь конденсатору нижней границы рабочей температуры минус 60°С и даже ниже. Однако эти электролиты не способны обеспечить большой срок эксплуатации конденсатора, так как они очень летучи, а также вступают в реакцию с оксидом алюминия на аноде и разрушают его, что приводит к росту тока утечки в конденсаторе и к сокращению срока его службы. Однако при снижении содержания амидных растворителей и замене их на другие растворители они менее летучие и менее агрессивные по отношению к оксиду алюминия, низкотемпературные характеристики электролита, а следовательно, и конденсатора ухудшаются и уменьшается проводимость электролита.

В электролите не должны создаваться ионы, вызывающие коррозию или способствующие коррозии алюминия, оксида алюминия и других материалов конденсатора.

Электролит не должен проявлять повышенное газообразование (при работе электролитического конденсатора идет процесс электролиза, сопровождающийся образованием водорода на катоде конденсатора) при повышенной температуре, в том числе на верхней границе интервала рабочих температур. Понизить газообразование можно с помощью введения в электролит в качестве добавок катодных деполяризаторов, например ароматического нитросоединения.

Удельная проводимость зависит от остаточного содержания воды в приготовленном электролите, в том числе образованной в процессе химического взаимодействия его компонентов, и, следовательно, от состава электролита, а также от конечной температуры нагрева электролита, которая соответствует конечному моменту его приготовления и является наибольшей температурой, до которой нагревают электролит, и времени его приготовления. Для увеличения электропроводности электролита также возможно добавление к электролиту деионизованной воды.

Напряжение анодного пробоя также зависит от конечной температуры нагрева электролита, при этом дикарбоновые кислоты повышают его величину, способствуя улучшению этого параметра.

Как правило, электролит должен иметь величину логарифма концентрации водородных ионов (рН) около 7, чтобы не проявлялись нежелательные процессы, ухудшающие работоспособность и срок службы конденсатора, например растворение алюминия и оксида алюминия в электролите или гидратация оксида алюминия. Величина рН зависит как от состава электролита, так и от температуры его приготовления. Для окончательного приведения рН к нужной величине применяют в качестве добавки к электролиту амин.

Вязкость характеризует консистенцию электролита и зависит от содержания в нем воды и летучих веществ, а также от температуры и времени приготовления электролита.

В конечном итоге на параметры электролита влияют как его состав, так и технология его приготовления, а электрические характеристики конденсатора и срок его службы в значительной степени зависят от параметров использованного в нем электролита.

Известен электролит, описанный в патенте US 6285543, кл. H01G 9/02, опубл. 04.09.2001, который состоит из смешанного с водой органического растворителя - протонового, например этиленгликоля, непротонового, например глюконового лактона, или их смеси - в соотношении соответственно 80-20 и 20-80 мас.%, ионогена, представленного карбоновой кислотой, например бензойной, или ее солью либо неорганической кислотой, например борной, или ее солью, и добавки в виде одного нитросоединения или комбинации из двух и более нитросоединений, таких как нитрофенол, нитроацетофенон, нитробензойная кислота, динитробензойная кислота, нитроанизол; работоспособен при напряжениях 160-500 В и несколько ниже 160 В; имеет низкий импеданс, хорошую долговечность, очень стабильные характеристики при низких температурах, вплоть до минус 40°С; способен абсорбировать образующийся в процессе эксплуатации газообразный водород даже при повышенной температуре 105°С и большом содержании воды в смешанном растворителе.

Однако этот электролит не может работать при температуре минус 60°С и имеет повышенную токсичность, когда в его состав включена комбинация из нескольких нитросоединений.

Также известен электролит, описанный в патенте ЕР 0396192, кл. H01G 9/02, опубл. 07.11.1990, где в состав электролита входят борная кислота, амин и смесь из органических растворителей, в которой один из них, например бутиролактон, диметилацетамид, диметилформамид или комбинация диметилацетамида с диметилформамидом, составляет большую часть смеси, а другой, полиалкиленгликоль, например полиэтиленгликоль - ее меньшую часть. Электролит способен работать при напряжениях выше 200 В в диапазоне температур от минус 40 до 105°С и поглощать образующийся в процессе работы газообразный водород, так что газа остается мало или не будет совсем.

Однако этот электролит не работает при низких температурах до минус 60°С.

А также известен электролит для алюминиевого электролитического конденсатора, описанный в патенте US 6744619, кл. H01G 9/42, опубл. 01.06.2004, который содержит этиленгликоль в качестве основного растворителя; полярный органический сорастворитель, например алканол; сорастворитель с высокой диэлектрической проницаемостью, например ацетонитрил; алифатическую дикарбоновую кислоту, например себациновую кислоту; монокарбоновую кислоту, например додекановую кислоту; амин, например этилдиизопропиламин, и в который при необходимости можно добавить небольшое количество борной кислоты, гипофосфористой кислоты, нитроароматического соединения, например нитроанизола, гидроксида аммония, деионизованной воды. Электролит обеспечивает пониженное газообразование и хорошую работу конденсатора на номинальные напряжения до 440 В при повышенной температуре.

Этот электролит не приспособлен для работы при низких температурах, тем более при температуре минус 60°С.

Известен способ приготовления электролита, описанный в указанном выше патенте US 6744619, где сначала этиленгликоль и сорастворители, имеющие высокую точку кипения, нагревают до 60-65°С и добавляют к ним дикарбоновую, монокарбоновую и борную кислоты, затем нагревают раствор до 120-130°С и выдерживают его при этой температуре в течение 1 ч, после этого для введения катодного деполяризатора раствор охлаждают до 90°С (в случае применения нелетучего вещества) или до 50°С (в случае применения летучего вещества, такого как нитроанизол) и подмешивают в него соответствующий катодный деполяризатор, затем раствор охлаждают до 30°С, добавляют воду, гипофосфористую кислоту и гидроксид аммония и перемешивают, после чего для нейтрализации кислой среды добавляют какой-нибудь амин, например безводный аммиак, и доводят рН электролита до 6-10.

В этом способе приготовление электролита не оптимизировано по таким параметрам, как скорость перемешивания и скорость набора температуры, а это приводит к вступлению ингредиентов в нежелательные окислительно-восстановительные реакции или, наоборот, к неполному реагированию между собой, что ухудшает низкотемпературные характеристики электролита и снижает его проводимость.

Известен алюминиевый электролитический конденсатор, описанный в указанном выше патенте US 6285543, который работает при напряжениях 160-500 В и несколько ниже в интервале рабочих температур от минус 40 до 105°С, где электролит состоит, например, из смешанного с водой в соотношении (80-20):(20-80) мас.% этиленгликоля или глюконового лактона, или их смеси; карбоновой кислоты, например бензойной, или ее соли; неорганической кислоты, например борной, или ее соли; добавки в виде одного нитросоединения или комбинации из двух и более нитросоединений, таких как нитрофенол, нитроацетофенон, нитробензойная кислота, динитробензойная кислота, нитроанизол. Конденсатор имеет низкий импеданс, хорошую долговечность, очень стабильные характеристики при низких температурах, вплоть до минус 40°С, и хорошую абсорбцию образующегося в процессе эксплуатации газообразного водорода даже при повышенной температуре 105°С и большом содержании воды в смешанном растворителе.

Однако этот конденсатор не может работать при температуре минус 60°С, а в процессе производства имеет повышенную токсичность, когда в нем в качестве катодного деполяризатора использована комбинация из нескольких нитросоединений.

Известен также алюминиевый электролитический конденсатор, описанный в указанном выше патенте US 6744619, где в составе электролита используются этиленгликоль в качестве основного растворителя; полярный органический сорастворитель, например алканол; сорастворитель с высокой диэлектрической проницаемостью, например ацетонитрил; алифатическая дикарбоновая кислота, например себациновая; монокарбоновая кислота, например додекановая; амин, например этилдиизопропиламин, и при необходимости могут быть добавлены в небольших количествах борная кислота, гипофосфористая кислота, гидроксид аммония, деионизованная вода и нитроароматическое соединение, например нитроанизол. Конденсатор хорошо работает на номинальные напряжения до 440 В при повышенной температуре и имеет в этих условиях пониженное газообразование.

Этот конденсатор не способен работать в условиях низких температур, тем более при температуре минус 60°С.

Задачи изобретений образуют комплексную задачу создания электролита такого состава и такого способа приготовления, чтобы получить с этим электролитом алюминиевый электролитический конденсатор на номинальные напряжения от 100 до 350 В, хорошо работающий при температурах от минус 60 до 105°С, особенно при низкой температуре.

Эта комплексная задача решается путем исследований и разработки электролита, способа его приготовления и конденсатора с таким электролитом, позволяющих получить следующие технические результаты: хорошую температурную стабильность параметров электролита, особенно проводимости, и электрических характеристик конденсатора во всем интервале рабочих температур, особенно при низких температурах; хорошую формующую способность электролита, гарантирующую стабильную работу конденсатора при заданных номинальных напряжениях в указанном интервале рабочих температур, особенно при низкой температуре; пониженное газообразование электролита и соответственно пониженное выделение водорода на катоде конденсатора; высокое напряжение анодного пробоя в электролите и соответственно в конденсаторе; пониженную токсичность электролита; высокую коррозионную стойкость конденсатора.

Предлагается электролит, в состав которого входят следующие компоненты (см. таблицу 1) с такими качествами:

- смесь органических растворителей, в которой основным растворителем является лактон в силу стабильности и низкой токсичности, например рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -бутиролактон, который предпочтительнее рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -валеролактона, рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -валеролактона; сорастворителем - амид, так как обеспечивает хорошую растворимость компонентов и хорошие низкотемпературные свойства электролита, например диметилформамид, который предпочтительнее метилформамида, диметилацетамида, диэтилформамида; с добавкой или без добавки дополнительного сорастворителя - многоатомного спирта, например этиленгликоля, который предпочтительнее глицерина, 2-метоксиэтанола, диэтиленгликоля, его монометилового и моноэтилового эфиров, триэтиленгликоля и в большей степени дополнительно увеличивает растворяемость и диссоциацию кислот, уменьшает электрохимическую коррозию, усиливает газопоглощение;

- дикарбоновая кислота (или ее аммонийная соль), которая как основной ионоген обеспечивает хорошую проводимость электролита, например себациновая, которая предпочтительнее янтарной, малеиновой, адипиновой, азелаиновой, додекандикарбоновой, тридекандикарбоновой, итаконовой кислот, так как позволяет получить наилучшее соотношение напряжения пробоя и удельной проводимости по сравнению с другими кислотами с той же концентрацией;

- алифатический амин, лучше третичный в силу меньшей летучести при повышенной температуре, например триэтиламин, триэтаноламин, трибутиламин, этилдиизопропиламин, последний предпочтителен, так как за счет разветвленных цепочек заместителей позволяет повысить напряжение пробоя без снижения удельной проводимости как органическое основание, обеспечивающее нейтрализацию кислой среды электролита для оптимизации рН, и отчасти как ионоген, что дополнительно улучшает проводимость электролита;

- борная кислота, которая способствует как повышению напряжения искрения, а значит и напряжения формовки, так и улучшению формующей способности электролита;

- ароматическое нитросоединение, например нитроанизол, нитроацетофенон, которое, при необходимости, может быть добавлено в электролит в качестве катодного деполяризатора, чтобы противодействовать процессу газообразования и выделения водорода на катоде конденсатора;

- дикарбонильные соединения бензил и/или бензойная монокарбоновая кислота, которые, при необходимости, могут быть добавлены в электролит для стабилизации оксида алюминиевого анода и снижения тока утечки в конденсаторе;

- деионизованная вода, которая, при необходимости, может быть добавлена в электролит для повышения его проводимости.

Состав электролита оптимизирован по компонентам и их количественным соотношениям. Оптимизированный состав электролита позволяет получить оптимальные для заданных диапазонов номинальных напряжений, от 100 до 350 В, и рабочих температур, от минус 60 до 105°С, параметры электролита (см. таблицу 2). Достигаемые параметры электролита зависят также и от режимов его приготовления, когда происходит смешивание и химическое взаимодействие компонентов электролита между собой и физическое воздействие на компоненты режимных факторов.

Таблица 1.
Состав электролита
№ п/пНаименование компонентаСодержание компонента, мас.%
1рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -бутиролактон 40-80
2 Диметилформамид 10-40
3 Себациновая кислота 3-16
4Этилдиизопропиламин 2- 12
5Борная кислота 0,5 - 10
6 Этиленгликоль0-12
7 Нитроанизол0-6
8 Бензил0-6
9 Бензойная кислота 0-6
10 Деионизованная вода 0-6

Таблица 2.
Параметры электролита
№ п/пНаименование параметраВеличина параметра
1Удельное объемное сопротивление, Ом·см:

- при температуре 20°С

- при температуре минус 60°С
1000 и менее 15500 и менее
2Удельная проводимость, мСм/см:

- при температуре 20°С

- при температуре минус 60°С
1 и более 0,064 и более
3рН 6-8
4 Вязкость, с 10 и менее
5Напряжение искрения, В500 и более
6 Формующая способность:

- напряжение формовки, В

- время достижения напряжения формовки, мин

- остаточный ток, мА
460 и более 6 и менее 3 и менее

Оптимизация состава электролита и его параметров осуществлялась по результатам исследований, в частности, зависимости параметров электролита от конечной температуры его нагрева. От конечной температуры нагрева электролита особенно зависят напряжение пробоя, напряжение формовки, сопротивление как в НУ, так и при пониженных температурах. Конечная температура нагрева должна обеспечивать оптимальное соотношение между удельными объемными сопротивлениями электролита в этих температурных условиях и напряжениями пробоя и формовки (см. графики на фиг.1-3). Из графиков видно, что наиболее приемлемой величиной конечной температуры нагрева электролита является 130°С.

Предлагается способ приготовления электролита, который заключается в том, что сначала растворители смешивают между собой и нагревают до температуры 40°С, не выше, при постоянном перемешивании - для улучшения растворимости компонентов, затем вводят остальные компоненты, кроме амина, и перемешивают их до полного растворения, а затем добавляют амин и при постоянном перемешивании нагревают смесь до конечной температуры нагрева электролита, которая составляет 130±5°С, после чего готовый электролит принудительно охлаждают до 30°С, не выше, в течение примерно 15 минут. При этом обеспечивают равномерный набор температуры со скоростью 4-7°С/мин и перемешивание при скорости мешалки 50-80 об/мин.

Оптимизированный состав электролита и способ его приготовления с оптимальными технологическими режимами дают синергический эффект, позволяющий наилучшим образом реализовать данный электролит в конденсаторах со средневольтным диапазоном номинальных напряжений, в данном случае от 100 до 350 В, способных хорошо работать при низких температурах, включая минус 60°С. К синергическому эффекту приводят следующие факторы: во-первых, введение растворяемых компонентов в заранее подогретую до оптимальной температуры, которая по результатам исследований составляет 40°С, смесь органических растворителей; во-вторых, оптимизация содержания компонентов в составе электролита, что позволяет существенно снизить температуру замерзания электролита при хорошей растворяемости ионогенов, а следовательно, хорошую степень их диссоциации, что повышает проводимость и температурную стабильность электролита; в-третьих, оптимизация величины конечной температуры нагрева электролита, которая влияет на все параметры электролита и составляет здесь 130±5°С.

Алюминиевый электролитический конденсатор на номинальные напряжения от 100 до 350 В и рабочие температуры от минус 60 до 105°С представляет собой конденсаторный элемент, полученный путем намотки из катодной и анодной алюминиевой фольги с прокладкой из конденсаторных бумаг, пропитанный электролитом и помещенный в алюминиевый корпус, выходное отверстие в котором закрывается крышкой с уплотнительным резиновым элементом, причем электролит имеет состав в соответствии с заявляемым электролитом и приготовлен способом в соответствии с заявляемым способом приготовления этого электролита. Конструкция корпуса и крышки конденсатора может иметь варианты по аксиальному или радиальному исполнению выводов: конденсатор с радиальными выводами имеет внешние, анодный и катодный, выводы на крышке, а конденсатор с аксиальными выводами имеет корпус с предварительно приваренным внешним катодным проволочным выводом, а крышку выполняют в виде обрезиненного вывода с приваренным внешним анодным проволочным выводом.

В предлагаемых изобретениях поставленная комплексная задача решена и достигнуты указанные выше технические результаты благодаря следующим факторам.

Хорошая температурная стабильность параметров электролита, особенно проводимости, во всем интервале рабочих температур, особенно при низких температурах, а проводимость от НУ до минус 60°С уменьшается незначительно (см. таблицу 2) достигается за счет описанного выше синергического эффекта.

Достаточные напряжения формовки и формующая способность электролита на заданные номинальные напряжения от 100 до 350 В, гарантирующие стабильную работу конденсатора в интервале рабочих температур от минус 60 до 105°С, особенно при низких температурах (см. таблицу 2), улучшаются введением в состав электролита борной кислоты (см. таблицу 1).

Пониженные газообразование электролита и соответственно выделение водорода на катоде конденсатора обеспечиваются введением в состав электролита ароматического нитросоединения, особенно нитроанизола, как катодного деполяризатора в небольших количествах (см. таблицу 1) - в связи с присутствием лактона, особенно рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -бутиролактона, и многоатомного спирта, особенно этиленгликоля, которые при не очень высоких рабочих напряжениях ведут себя отчасти как катодные деполяризаторы.

Высокое, относительно номинального напряжения на конденсаторе, напряжение пробоя электролита и соответственно конденсатора получают, повышая напряжение искрения электролита при введении в состав электролита борной кислоты, алифатического амина, лучше третичного, особенно этилдиизопропиламина, и в некоторой степени многоатомного спирта, особенно этиленгликоля (см. таблицу 1), что еще снижает удельное объемное сопротивления электролита.

Пониженная токсичность электролита обеспечивается тем, что обязательные компоненты, занимающие в его составе основную долю 94-100 мас.%, являются нетоксичными или малотоксичными веществами, а наличие токсичных соединений ограничено применением их лишь в качестве добавок в небольших количествах и только при необходимости (см. таблицу 1).

Хорошая температурная стабильность электрических характеристик конденсатора во всем интервале рабочих температур, особенно при низких температурах (см. таблицу 3), определяется хорошей температурной стабильностью параметров его электролита.

Высокая коррозионная стойкость конденсатора достигается выбором таких компонентов в составе электролита, которые проявляют достаточную инертность в отношении оксида алюминия, самого алюминия и материала других элементов конденсатора.

Предлагаемый конденсатор отличается хорошими электрическими характеристиками, в частности низким ЭПС, во всем интервале рабочих температур, особенно при низкой температуре, высоким напряжением анодного пробоя относительно номинальных напряжений, пониженным выделением водорода на катоде и высокой коррозионной стойкостью - благодаря хорошим параметрам электролита, достигнутым оптимизацией состава и способа приготовления электролита с синергическим эффектом в отношении параметров электролита и характеристик конденсатора.

Фиг.1 графически представляет зависимость напряжения пробоя электролита и напряжения формовки электролита от конечной температуры нагрева электролита.

Фиг.2 графически представляет зависимость удельного объемного сопротивления электролита, измеренного при температуре минус 60°С (нижняя граница интервала рабочих температур), от конечной температуры нагрева электролита.

Фиг.3 графически представляет зависимость удельного объемного сопротивления электролита, измеренного при температуре 20°С (НУ), от конечной температуры нагрева электролита.

Предлагаемые изобретения реализованы на ОАО «Элеконд», г.Сарапул, где в серийном производстве выпускается алюминиевый электролитический конденсатор К50-76 с использованием предлагаемого электролита, приготовленного предлагаемым способом.

Технология приготовления электролита, состав которого описан выше и указан в таблице 1, включает в себя следующие технологические этапы:

1. Загрузку растворителей рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -бутиролактона, диметилформамида и, при необходимости, этиленгликоля в реактор установки при температуре окружающей среды и включение нагревательного устройства и мешалки.

2. Нагрев растворителей до температуры не выше 40°С при постоянном перемешивании и равномерном наборе температуры.

Скорость мешалки устанавливают 50-80 об/мин, а скорость набора температуры - 4-7°С/мин.

3. Загрузка остальных компонентов электролита, кроме этилдиизопропиламина, и постоянное перемешивание при указанной температуре до их полного растворения.

4. Загрузка этилдиизопропиламина с последующим нагреванием смеси до конечной температуры нагрева электролита 130±5°С при постоянном перемешивании и равномерном наборе температуры со скоростями, указанными в п.2, а затем отключение нагревательного устройства и мешалки.

5. Принудительное охлаждение электролита до температуры 30°С в течение примерно 15 минут и слив готового электролита в емкость для хранения электролита.

Время нагрева до температуры 40°С не является существенным технологическим параметром, поскольку здесь перепад между температурами начала и завершения нагрева невелик и заданная температура достигается довольно быстро, что зависит от мощности нагревательного устройства.

Скорость мешалки при перемешивании менее указанной выше величины может привести к неполному растворению компонентов, а слишком большая скорость - к насыщению электролита кислородом и, как следствие, к вступлению компонентов в нежелательные окислительно-восстановительные реакции. Скорость набора температуры менее указанной выше величины приводит к частичному испарению более летучих компонентов, а большая скорость - к неполному реагированию компонентов между собой. Все это снижает проводимость и ухудшает низкотемпературные характеристики электролита, а следовательно, и конденсатора.

Пример 1. Электролит содержит: 44 мас.% рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -бутиролактона, 35 мас.% диметилформамида, 0,5 мас.% борной кислоты, 3 мас.% себациновой кислоты, 6 мас.% этилдиизопропиламина, 0,5 мас.% нитроанизола, 6 мас.% этиленгликоля, 5 мас.% бензойной кислоты.

Приготовлен по этапам 1-5 вышеописанной технологии, где на этапе 2 скорость перемешивания была установлена 80 об/мин, а скорость набора температуры - 4°С/мин; на этапе 4 достигнута конечная температура нагрева электролита 125°С за 22 мин (время указано для справки) при тех же скоростях перемешивания и набора температуры; на этапе 5 принудительное охлаждение электролита до 30°С достигнуто за 13 мин.

Данный электролит имеет следующие параметры: удельное объемное сопротивление 600 Ом·см при 20°С, 11000 Ом·см при минус 60°С; удельную проводимость 1,67 мСм/см при 20°С, 0,091 мСм/см при минус 60°С; рН 7; вязкость 9,5 с; напряжение искрения 500 В; формующую способность: напряжение формовки 460 В, время его достижения 3 мин., остаточный ток 1,2 мА.

Пример 2. Электролит содержит 80 мас.% рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -бутиролактона, 5 мас.% диметилформамида, 3,5 мас.% борной кислоты, 1,5 мас.% себациновой кислоты, 6 мас.% этилдиизопропиламина, 0,3 мас.% бензила, 1,7 мас.% этиленгликоля, 2 мас.% бензойной кислоты.

Приготовлен по этапам 1-5 вышеописанной технологии, где на этапе 2 скорость перемешивания была установлена 50 об/мин, а скорость набора температуры - 7°С/мин; на этапе 4 достигнута конечная температура нагрева электролита 135°С за 14 мин (время указано для справки) при тех же скоростях перемешивания и набора температуры; на этапе 5 принудительное охлаждение электролита до 30°С достигнуто за 16 мин.

Данный электролит имеет следующие параметры: удельное объемное сопротивление 900 Ом·см при 20°С, 14000 Ом·см при минус 60°С; удельную проводимость 1,11 мСм/см при 20°С, 0,0714 мСм/см при минус 60°С; рН 7; вязкость 10 с; напряжение искрения 510 В; формующую способность: напряжение формовки 480 В, время его достижения 5,5 мин, остаточный ток 1 мА.

Пример 3. Электролит содержит 45 мас.% рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348 -бутиролактона, 35 мас.% диметилформамида, 0,4 мас.% борной кислоты, 2 мас.% себациновой кислоты, 6 мас.% этилдиизопропиламина, 0,6 мас.% нитроанизола, 6 мас.% этиленгликоля, 5 мас.% бензойной кислоты.

Приготовлен по этапам 1-5 вышеописанной технологии, где на этапе 2 скорость перемешивания была установлена 80 об/мин, а скорость набора температуры - 4°С/мин; на этапе 4 достигнута конечная температура нагрева электролита 125°С за 22 мин (время указано для справки) при тех же скоростях перемешивания и набора температуры; на этапе 5 принудительное охлаждение электролита до 30°С достигнуто за 13 мин.

Данный электролит имеет следующие параметры: удельное объемное сопротивление 600 Ом·см при 20°С, 11000 Ом·см при минус 60°С; удельную проводимость 1,67 мСм/см при 20°С, 0,091 мСм/см при минус 60°С; рН 7; вязкость 9,5 с; напряжение искрения 440 В; формующую способность: напряжение формовки 400 В, время его достижения 3 мин, остаточный ток 1,2 мА.

Из приведенных примеров видно, что примененное в примере 3 содержание компонентов по борной и себациновой кислотам, несколько меньшее нижней границы допуска, уже приводит к существенному снижению напряжения искрения и напряжения формовки, т.е. к получению неприемлемого варианта электролита.

Предложенный электролит позволяет реализовать конденсатор с хорошими стабильными электрическими характеристиками, в частности с низким ЭПС, и показателями надежности.

В таблице 3 представлены полученные в ходе приемно-сдаточных и климатических испытаний, а также испытаний на безотказность электрические характеристики конденсатора К50-76, в частности для номиналов 100 В×100 мкФ и 250 В×22 мкФ, в котором применяется предлагаемый рабочий электролит.

рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления   и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом, патент № 2358348

Результаты испытаний удовлетворительные, что подтверждает полную работоспособность конденсатора с рабочим электролитом по настоящему изобретению.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2358348

patent-2358348.pdf

Класс H01G9/035 жидкие электролиты, например пропитывающие материалы

рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом -  патент 2393569 (27.06.2010)
рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом -  патент 2362229 (20.07.2009)
рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления и алюминиевый электролитический конденсатор с таким электролитом -  патент 2307417 (27.09.2007)
способ получения бис(трифторметил)имидо-солей -  патент 2278109 (20.06.2006)
конденсатор с двойным электрическим слоем -  патент 2166219 (27.04.2001)

Класс H01G9/145 конденсаторы с жидким электролитом

Наверх